Теоретический материал

Электролитическая диссоциация веществ
в водной среде

Электролитическая диссоциация – процесс распада электролита на ионы при растворении его в воде или расплавлении.

Основные положения теории электролитической диссоциации сформулированы в 1887 г. шведским ученым С.А.Аррениусом. Теория Аррениуса не учитывала роли молекул полярного растворителя в процессах диссоциации.
В гидратной теории, разработанной Д.И.Менделеевым и получившей дальнейшее развитие в трудах русских ученых И.А.Каблукова и В.А.Кистяковского, рассмотрен физико-химический процесс диссоциации электролитов в среде полярного растворителя.

Основные положения теории
электролитической диссоциации

1. Электролитам в водной среде (и в расплавленном состоянии) свойственно распадаться на положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы). Свойства ионов резко отличаются от свойств нейтральных атомов составляющих их элементов. Ионы в водных растворах гидратированны (аквакомплексы). Так, нейтральный атом натрия

₊₁₁Na 1s²2s²2p⁶3s¹

при обычных условиях легко отдает наружный (3s¹) электрон (окисляется). Натрий бурно реагирует с водой, кислотами, химически активен.
Ион (катион) натрия

₊₁₁Na⁺ 1s²2s²2p⁶

не может отдавать электроны (окисляться), не реагирует с водой.

2. Беспорядочное (хаотичное) движение ионов в растворе под действием электрического поля становится направленным: положительно заряженные ионы (катионы) движутся к электроду с отрицательным зарядом (катоду), а анионы – к аноду. Этим объясняется ионная проводимость водных растворов и расплавов электролитов.

NaOH Na+ + OH–.	Гидpaтированныe анионы гидроксильных групп, двигаясь к аноду, окрашивают нейтральный (фиолетового цвета) лакмус в синий цвет.
HCl H+ + Cl–.	Катионы гидроксония H3O+, двигаясь к катоду, окрашивают лакмус в красный цвет.

3. Процесс диссоциации электролитов в водной среде (расплавах) является обратимым:

Электролиз.

Электролиз –окислительно-восстановительный процесс, происходящий на электродах под действием электрического тока. При пропускании электрического тока через растворы или расплавы электролитов, положительно заряженные ионы (катионы) перемещаются в направлении катода, отрицательно заряженные (анионы) – анода. На катоде происходит восстановление (приём электронов), на аноде – окисление (отдача электронов).

Электролиз расплавов солей

э.т.

2NaCl → 2Na + Cl₂

Схема процессов, происходящих на катоде и аноде:

Проблема: Какие продукты получаться при электролизе раствора хлорида натрия?

В отличие от расплава в растворе солей присутствуют и молекулы воды.

Рассмотрим процесс электролиза раствора хлорида натрия:

Какое явление происходит в растворе хлорида натрия под действием воды?

Диссоциация соли хлорида натрия на катионы натрия и анионы хлора.

NaCl → Na+ + Cl-

Составим схему процессов, происходящих на катоде и аноде:

В данном случае, необходимо выбрать приоритетное вещество, то которое первым будет окисляться и восстанавливаться. Для этого существует правила, позволяющие выполнить эти действия.

Правило разрядки на катоде:

а) Если металл находится в электрохимическом ряду напряжения металлов до алюминия (включительно), то на катоде первой восстанавливается вода:

2H₂O + 2ē = H₂↑ + 2OH^-, металл остается в виде иона.

б) Если металл находится в электрохимическом ряду напряжения металлов между алюминием и водородом, то на катоде восстанавливается металл и вода.

Ме +n + n ē = Me0,

2H₂O + 2ē = H₂↑ + 2OH^-

в) Если металл находится в электрохимическом ряду напряжения металлов после водорода, то на катоде восстанавливается сам металл.

Ме+n + n ē = Me0

Рассмотрим наш пример: на катоде находится ион натрия (расположен в ряду активности до алюминия) и вода. Согласно правилу разрядки на катоде восстанавливается вода:

2H2O + 2ē = H2↑ + 2OH-

Ион натрия остается в растворе.

Правила разрядки на аноде:

Процесс на аноде зависит от материалов анода и от природы аниона. Если анод растворяется (железо, цинк, медь, серебро и т.д.), то окисляется металл анода, несмотря на природу аниона.

Если анод не растворяется (инертный), то:

а) Первыми на аноде окисляются бескислородные остатки кислот (I- , Br- , Cl- и т.д.)

Cl- - 1ē = Cl0, Сl2↑;

б) Затем вода (2H2O - 4ē = О2↑ + 4H+);

в) Следующие по очереди кислородсодержащие кислотные остатки и фторид-ион.

Рассмотрим наш пример: на аноде находятся ионы хлора и вода. Согласно правилу разрядки на аноде первой будет окисляться вода: 2H₂O - 4ē = О₂↑ + 4H⁺.

Анион хлора останется в растворе.

Подведем итог: в результате электролиза раствора хлорида натрия на катоде образуется газообразный водород, на аноде – газообразный кислород, в растворе находятся ионы: катионы натрия и анионы хлора.

Суммарное уравнение реакции: (схема демонстрируется на интерактивной доске):

э.т.

2NaCl + 2H₂O → Н₂ ↑ + Cl₂ ↑ +2NaOH