Какие продукты получаются при электролизе раствора cucl2
Электролиз растворов электролитов с инертными электродами
Напомним, что на катоде протекают процессы восстановления, на аноде – процессы окисления.
Процессы, протекающие на катоде:
В растворе имеются несколько видов положительно заряженных частиц, способных восстанавливаться на катоде:
1) Катионы металла восстанавливаются до простого вещества, если металл находится в ряду напряжений правее алюминия (не включая сам Al). Например:
Zn2+ +2e → Zn0.
2) В случае раствора соли или щелочи: катионы водорода восстанавливаются до простого вещества, если металл находится в ряду напряжений металлов до H2:
2H2O + 2e → H20 + 2OH–.
Например, в случае электролиза растворов NaNO3 или KOH.
3) В случае электролиза раствора кислоты: катионы водорода восстанавливаются до простого вещества:
2H+ +2e → H2.
Например, в случае электролиза раствора H2SO4.
Процессы, протекающие на аноде:
На аноде легко окисляются кислотные остатки не содержащие кислород. Например, галогенид-ионы (кроме F–), сульфид-анионы, гидроксид-анионы и молекулы воды:
1) Галогенид-анионы окисляются до простых веществ:
2Cl– – 2e → Cl2.
2) В случае электролиза раствора щелочи в гидроксид-анионах кислород окисляется до простого вещества. Водород уже имеет степень окисления +1 и не может быть окислен дальше. Также будет выделение воды – почему? Потому что больше ничего написать и не получится: 1) H+ написать не можем, так как OH– и H+ не могут стоять по разные стороны одного уравнения; 2) H2 написать также не можем, так как это был бы процесс восстановления водорода (2H+ +2e → H2), а на аноде протекают только процессы окисления.
4OH– – 4e → O2 + 2H2O.
3) Если в растворе есть анионы фтора или любые кислородсодержащие анионы, то окислению будет подвергаться вода с подкислением прианодного пространства согласно следующему уравнению:
2H2O – 4e → O2 + 4H+.
Такая реакция идет в случае электролиза растворов кислородсодержащих солей или кислородсодержащих кислот. В случае электролиза раствора щелочи окисляться будут гидроксид-анионы согласно правилу 2) выше.
4) В случае электролиза раствора соли органической кислоты на аноде всегда происходит выделение CO2 и удвоение остатка углеродной цепи:
2R-COO– – 2e → R-R + 2CO2.
Примеры:
1. Раствор NaCl
Расписываем диссоциацию на ионы:
NaCl → Na+ + Cl–
Металл Na стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается водород. Хлорид-анионы будут окисляться на аноде до простого вещества:
К: 2Na+ (в растворе)
2H2O + 2e → H20 + 2OH–
А: 2Cl– – 2e → Cl2
Коэффициент 2 перед Na+ появился из-за наличия аналогичного коэффициента перед хлорид-ионами, так как в соли NaCl их соотношение 1:1.
Проверяем, что количество принимаемых и отдаваемых электронов одинаковое, и суммируем левые и правые части катодных и анодных процессов:
2Na+ + 2Cl– + 2H2O → H20 + 2Na+ + 2OH– + Cl2. Соединяем катионы и анионы:
2NaCl + 2H2O → H20 + 2NaOH + Cl2.
2. Раствор Na2SO4
Расписываем диссоциацию на ионы:
Na2SO4 → 2Na+ + SO42–
Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается только водород. Сульфат-анионы содержат кислород, поэтому окисляться не будут, также оставаясь в растворе. Согласно правилу выше, в этом случае окисляются молекулы воды:
К: 2H2O + 2e → H20 + 2OH–
А: 2H2O – 4e → O20 + 4H+.
Уравниваем число принимаемых и отдаваемых электронов на катоде и аноде. Для этого необходимо умножить все коэффициенты катодного процесса на 2:
К: 4H2O + 4e → 2H20 + 4OH–
А: 2H2O – 4e → O20 + 4H+.
Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
6H2O → 2H20 + 4OH– + 4H+ + O20.
4OH- и 4H+ соединяем в 4 молекулы H2O:
6H2O → 2H20 + 4H2O + O20.
Сокращаем молекулы воды, находящиеся по обе стороны уравнения, т.е. вычитаем из каждой части уравнения 4H2O и получаем итоговое уравнение гидролиза:
2H2O → 2H20 + O20.
Таким образом, гидролиз растворов кислородсодержащих солей активных металлов (до Al включительно) сводится к гидролизу воды, так как ни катионы металлов, ни анионы кислотных остатков не принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, протекающих на электродах.
3. Раствор CuCl2
Расписываем диссоциацию на ионы:
CuCl2 → Cu2+ + 2Cl–
Медь находится в ряду напряжений металлов после водорода, следовательно, только она будет восстанавливаться на катоде. На аноде будут окисляться только хлорид-анионы.
К: Cu2+ + 2e → Cu0
A: 2Cl– – 2e → Cl2
Записываем суммарное уравнение:
CuCl2 → Cu0 + Cl2.
4. Раствор CuSO4
Расписываем диссоциацию на ионы:
CuSO4 → Cu2+ + SO42–
Медь находится в ряду напряжений металлов после водорода, следовательно, только она будет восстанавливаться на катоде. На аноде будут окисляться молекулы воды, так как кислородсодержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.
К: Cu2+ + 2e → Cu0
A: SO42– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H+.
Уравниваем количество электронов на катоде и аноде. Для это умножим все коэффициенты катодного уравнения на 2. Количество сульфат-ионов также необходимо удвоить, так как в сульфате меди соотношение Cu2+ и SO42– 1:1.
К: 2Cu2+ + 4e → 2Cu0
A: 2SO42– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H+.
Записываем суммарное уравнение:
2Cu2+ + 2SO42– + 2H2O → 2Cu0 + O2 + 4H+ + 2SO42–.
Соединив катионы и анионы, получаем итоговое уравнение электролиза:
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu0 + O2 + 2H2SO4.
5. Раствор NiCl2
Расписываем диссоциацию на ионы:
NiCl2 → Ni2+ + 2Cl–
Никель находится в ряду напряжений металлов после алюминия и до водорода, следовательно, на катоде будут восстанавливаться и металл, и водород. На аноде будут окисляться только хлорид-анионы.
К: Ni2+ + 2e → Ni0
2H2O + 2e → H20 + 2OH–
A: 2Cl– – 2e → Cl2
Уравниваем количество электронов, принимаемых и отдаваемых на катоде и аноде. Для этого умножаем все коэффициенты анодного уравнения на 2:
К: Ni2+ + 2e → Ni0
2H2O + 2e → H20 + 2OH–
Ni2+ (в растворе)
A: 4Cl– – 4e → 2Cl2
Замечаем, что согласно формуле NiCl2, соотношение атомов никеля и хлора 1:2, следовательно, в раствор необходимо добавить Ni2+ для получения общего количества 2NiCl2. Также это необходимо сделать, так как в растворе должны присутствовать противоионы для гидроксид-анионов.
Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
Ni2+ + Ni2+ + 4Cl– + 2H2O → Ni0 + H20 + 2OH– + Ni2+ + 2Cl2.
Соединяем катионы и анионы для получения итогового уравнения электролиза:
2NiCl2 + 2H2O → Ni0 + H20 + Ni(OH)2 + 2Cl2.
6. Раствор NiSO4
Расписываем диссоциацию на ионы:
NiSO4 → Ni2+ + SO42–
Никель находится в ряду напряжений металлов после алюминия и до водорода, следовательно, на катоде будут восстанавливаться и металл, и водород. На аноде будут окисляться молекулы воды, так как кислородсодержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.
К: Ni2+ + 2e → Ni0
2H2O + 2e → H20 + 2OH–
A: SO42– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H+.
Проверяем, что количество принятых и отданных электронов совпадает. Также замечаем, что в растворе есть гидроксид-ионы, но в записи электродных процессов для них нет противоионов. Следовательно, нужно добавить в раствор Ni2+. Так как удвоилось количество ионов никеля, необходимо удвоить и количество сульфат-ионов:
К: Ni2+ + 2e → Ni0
2H2O + 2e → H20 + 2OH–
Ni2+ (в растворе)
A: 2SO42– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H+.
Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
Ni2+ + Ni2+ + 2SO42– + 2H2O + 2H2O → Ni0 + Ni2+ + 2OH– + H20 + O20 + 2SO42– + 4H+.
Соединяем катионы и анионы и записываем итоговое уравнение электролиза:
2NiSO4 + 4H2O → Ni0 + Ni(OH)2 + H20 + O20 + 2H2SO4.
В других источниках литературы также говорится об альтернативном протекании электролиза кислородсодержащих солей металлов средней активности. Разница состоит в том, что после сложения левых и правых частей процессов электролиза необходимо соединить H+ и OH– с образованием двух молекул воды. Оставшиеся 2H+ расходуются на образование серной кислоты. В этом случае не нужно прибавлять дополнительные ионы никеля и сульфат-ионы:
Ni2+ + SO42– + 2H2O + 2H2O → Ni0 + 2OH– + H20 + O20 + SO42– + 4H+.
Ni2+ + SO42– + 4H2O → Ni0 + H20 + O20 + SO42– + 2H+ + 2H2O.
Итоговое уравнение:
NiSO4 + 2H2O → Ni0 + H20 + O20 + H2SO4.
7. Раствор CH3COONa
Расписываем диссоциацию на ионы:
CH3COONa → CH3COO– + Na+
Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается только водород. На аноде будет происходит окисление ацетат-ионов с образованием углекислого газа и удвоением остатка углеродной цепи:
К: 2Na+ (в растворе)
2H2O + 2e → H20 + 2OH–
А: 2CH3COO– – 2e → CH3-CH3 + CO2
Так как количества электронов в процессах окисления и восстановления совпадают, составляем суммарное уравнение:
2Na+ + 2CH3COO– + 2H2O → 2Na+ + 2OH– + H20 + CH3-CH3 + CO2
Соединяем катионы и анионы:
2CH3COONa + 2H2O → 2NaOH + H20 + CH3-CH3 + CO2.
8. Раствор H2SO4
Расписываем диссоциацию на ионы:
H2SO4 → 2H+ + SO42–
Из катионов в растворе присутствуют только катионы H+, они и будут восстанавливаться до простого вещества. На аноде будет протекать окисление воды, так как кислород содержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.
К: 2H+ +2e → H2
A: 2H2O – 4e → O2 + 4H+
Уравниваем число электронов. Для этого удваиваем каждый коэффициент в уравнении катодного процесса:
К: 4H+ +4e → 2H2
A: 2H2O – 4e → O2 + 4H+
Суммируем левые и правые части уравнений:
4H+ + 2H2O → 2H2 + O2 + 4H+
Катионы H+ находятся в обеих частях реакции, следовательно, их нужно сократить. Получаем, что в случае растворов кислот, электролизу подвергаются только молекулы H2O:
2H2O → 2H2 + O2.
9. Раствор NaOH
Расписываем диссоциацию на ионы:
NaOH → Na+ + OH–
Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу, на катоде восстанавливается только водород. На аноде будут окисляться гидроксид-анионы с образованием кислорода и воды:
К: Na+ (в растворе)
2H2O + 2e → H20 + 2OH–
А: 4OH– – 4e → O2 + 2H2O
Уравниваем число электронов, принимаемых и отдаваемых на электродах:
К: Na+ (в растворе)
4H2O + 4e → 2H20 + 4OH–
А: 4OH– – 4e → O2 + 2H2O
Суммируем левые и правые части процессов:
4H2O + 4OH– → 2H20 + 4OH– + O20 + 2H2O
Сокращая 2H2O и ионы OH–, получаем итоговое уравнение электролиза:
2H2O → 2H2 + O2.
Вывод:
При электролизе растворов 1) кислородсодержащих кислот;
2) щелочей;
3) солей активных металлов и кислородсодержащих кислот
на электродах протекает электролиз воды:
2H2O → 2H2 + O2.
Источник
7118. Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза её водного раствора, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛА СОЛИ
А) AgNO3
Б) KF
В) FeSO4
Г) CsCl
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) металл и кислород
2) водород и галоген
3) металл и галоген
4) металл и водород
5) водород и кислород
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7118.
7153. Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза её водного раствора, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛА СОЛИ
А) NaNO3
Б) CuCl2
В) HgSO4
Г) LiCl
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) металл и кислород
2) водород и галоген
3) металл и галоген
4) металл и водород
5) водород и кислород
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7153.
7188. Установите соответствие между формулой соли и продуктами, которые выделяются на инертных электродах при электролизе ее водного раствора: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛА СОЛИ
А) AgNO3
Б) CaBr2
В) MgBr2
Г) Mg(NO3)2
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) H2, I2
2) H2, Br2
3) H2, O2
4) Mg, Br2
5) Ag, O2
6) Ag, N2
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7188.
7223. Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛА СОЛИ
А) Cu(NO3)2
Б) K2SO4
В) MgCl2
Г) CuBr2
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) H2, O2
2) Cu, O2
3) Cu, Br2
4) H2, Cl2
5) Cu, NO2
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7223.
7258. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе ее водного раствора.
Формула соли
А) Cu(NO3)2
Б) KCl
В) AgNO3
Г) Na2S
Продукт на катоде
1) металл
2) водород
3) кислород
4) галоген
5) азот
6) сера
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7258.
7293. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, образующимся на аноде при электролизе его раствора.
Формула вещества
А) AlCl3
Б) CuSO4
В) K3PO4
Г) NaOH
Продукт на аноде
1) кислород
2) водород
3) хлор
4) фосфор
5) медь
6) алюминий
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7293.
7328. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на аноде при электролизе ее водного раствора.
Формула соли
А) гидроксид калия
Б) нитрат калия
В) хлорат калия
Г) хлорид калия
Продукт на аноде
1) кислород
2) водород
3) хлор
4) азот
5) оксид хлора(V)
6) калий
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7328.
7363. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, образующимся на катоде при электролизе её раствора.
Формула вещества
А) фторид натрия
Б) хлорид меди
В) гидроксид калия
Г) сульфит калия
Продукт на катоде
1) металл
2) водород
3) кислород
4) галоген
5) сера
6) гидроксид-ион
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7363.
7398. Установите соответствие между названием вещества и продуктом, который образуется на аноде в результате электролиза его водного раствора.
Название вещества
А) бромид кобальта(II)
Б) сульфат никеля(II)
В) фторид калия
Г) хлорид ртути(II)
Продукт на аноде
1) вода
2) галоген
3) металл
4) кислород
5) водород
6) сера
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7398.
7433. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, образующимся на аноде при электролизе его раствора.
Формула вещества
А) хлорид меди
Б) гидроксид калия
В) фторид натрия
Г) бромид калия
Продукт на аноде
1) металл
2) водород
3) кислород
4) галоген
5) сера
6) гидроксид-ион
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 7433.
Для вас приятно генерировать тесты, создавайте их почаще
Источник
Электролиз расплавов солей
Для получения высокоактивных металлов (натрия, алюминия, магния, кальция и др.), легко вступающих во взаимодействие с водой, применяют электролиз расплава солей или оксидов:
Электродные процессы могут быть выражены полуреакциями:
на катоде K(-): Сu2+ + 2e = Cu0
– катодное восстановление
на аноде A(+): 2Cl– – 2e = Cl2
– анодное окисление
Общая реакция электрохимического разложения вещества представляет собой сумму двух электродных полуреакций, и для хлорида меди она выразится уравнением:
Cu2+ + 2 Cl– = Cu + Cl2
При электролизе щелочей и солей оксокислот на аноде выделяется кислород:
4OH– – 4e = 2H2O + O2
2SO42– – 4e = 2SO3 + O2
Электролиз растворов
Совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые протекают на электродах в растворах или расплавах электролитов при пропускании через них электрического тока, называют электролизом.
На катоде «-»
источника тока происходит процесс передачи электронов катионам из раствора или расплава, поэтому катод является «восстановителем».
На аноде «+»
происходит отдача электронов анионами, поэтому анод является «окислителем».
При электролизе как на аноде, так и на катоде могут происходить конкурирующие процессы.
При проведении электролиза с использованием инертного (нерасходуемого) анода (например, графита или платины), как правило, конкурирующими являются два окислительных и два восстановительных процесса:
на аноде
– окисление анионов и гидроксид-ионов,
на катоде
– восстановление катионов и ионов водорода.
При проведении электролиза с использованием активного (расходуемого) анода процесс усложняется и конкурирующими реакциями на электродах являются:
на аноде
– окисление анионов и гидроксид-ионов, анодное растворение металла – материала анода;
на катоде
– восстановление катиона соли и ионов водорода, восстановление катионов металла, полученных при растворении анода.
При выборе наиболее вероятного процесса на аноде и катоде следует исходить из положения, что будет протекать та реакция, для которой требуется наименьшая затрата энергии. Кроме того, для выбора наиболее вероятного процесса на аноде и катоде при электролизе растворов солей с инертным электродом используют следующие правила:
а) при электролизе растворов, содержащих в своем составе анионы SO42-, NО-3, РО43-, а также растворов щелочей на аноде окисляется вода и выделяется кислород;
А+ 2H2O – 4e- = 4H+ + O2
б) при окислении анионов Сl-, Вr-, I- выделяются соответственно хлор, бром, иод;
А+ Cl- +e- = Cl0
а) при электролизе растворов солей, содержащих ионы, расположенные в ряду напряжений левее Аl3+, на катоде восстанавливается вода и выделяется водород;
К- 2H2O + 2e- = H2 + 2OH-
б) если ион металла расположен в ряду напряжений правее водорода, то на катоде выделяется металл.
К- Men+ + ne- = Me0
в) при электролизе растворов солей, содержащих ионы, расположенные в ряду напряжений между Al+ и Н+ , на катоде могут протекать конкурирующие процессы как восстановления катионов, так и выделения водорода.
Диссоциация нитрата серебра:
АgNО3 = Аg+ + NO3-
При электролизе водного раствора АgNО3 на катоде происходит восстановление ионов Аg+, а на аноде — окисление молекул воды:
Катод: Аg+ + е = А g
Анод: 2Н2О – 4е = 4Н+ + О2
Суммарное уравнение:______________________________________________
4AgNО3 + 2Н2О = 4Ag + 4НNО3 + О2
Составьте схемы электролиза водных растворов: а) сульфата меди; б) хлорида магния; в) сульфата калия.
Во всех случаях электролиз проводится с использованием угольных электродов.
Диссоциация хлорида меди:
CuCl2 ↔ Сu2+ + 2Cl-
В растворе находятся ионы Си2+ и 2Сl-, которые под действием электрического тока направляются к соответствующим электродам:
Катод- Cu2+ + 2e = Cu0
Анод+ 2Cl- – 2e = Cl2
_______________________________
CuCl2 = Cu + Cl2
На катоде выделяется металлическая медь, на аноде – газообразный хлор.
Если в рассмотренном примере электролиза раствора CuCl2 в качестве анода взять медную пластинку, то на катоде выделяется медь, а на аноде, где происходят процессы окисления, вместо разрядки ионов Сl0 и выделения хлора протекает окисление анода (меди).
В этом случае происходит растворение самого анода, и в виде ионов Сu2+ он переходит в раствор.
Электролиз CuCl2 с растворимым анодом можно записать так:
Электролиз растворов солей с растворимым анодом сводится к окислению материала анода (его растворению) и сопровождается переносом металла с анода на катод. Это свойство широко используется при рафинировании (очистке) металлов от загрязнений.
Диссоциация хлорида магния в водном растворе:
MgCl2 ↔ Mg2++2Сl-
Ионы магния не могут восстанавливаться в водном растворе (идет восстановление воды), хлорид-ионы — окисляются.
Схема электролиза:
В растворе сульфат меди диссоциирует на ионы:
СuSО4 = Сu2+ + SO42-
Ионы меди могут восстанавливаться на катоде в водном растворе.
Сульфат-ионы в водном растворе не окисляются, поэтому на аноде будет протекать окисление воды.
Схема электролиза:
Электролиз водного раствора соли активного металла и кислородсодержащей кислоты (К2SО4) на инертных электродах
К2SО4 = 2К+ + SO42-
Ионы калия и сульфат-ионы не могут разряжаться на электродах в водном растворе, следовательно, на катоде будет протекать восстановление, а на аноде – окисление воды.
Схема электролиза:
или, учитывая, что 4Н+ + 4ОН- = 4Н2О (осуществляется при перемешивании),
H2O 
2H2 + O2
Если пропускать электрический ток через водный раствор соли активного металла и кислородсодержащей кислоты, то ни катионы металла, ни ионы кислотного остатка не разряжаются.
На катоде выделяется водород, а на аноде – кислород, и электролиз сводится к электролитическому разложению воды.
Электролиз воды проводится всегда в присутствии инертного электролита (для увеличения электропроводности очень слабого электролита – воды):
Зависимость количества вещества, образовавшегося под действием электрического тока, от времени, силы тока и природы электролита может быть установлена на основании обобщенного закона Фарадея:
где m
– масса образовавшегося при электролизе вещества (г);
Э
– эквивалентная масса вещества (г/моль);
М
– молярная масса вещества (г/моль);
n
– количество отдаваемых или принимаемых электронов;
I
– сила тока (А);
t
– продолжительность процесса (с);
F
– константа Фарадея, характеризующая количество электричества, необходимое для выделения 1 эквивалентной массы вещества
(F = 96 500 Кл/моль = 26,8 Ач/моль).
Гидролиз неорганических соединений
Взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию молекул слабого электролита, называют гидролизом солей.
Если рассматривать соль как продукт нейтрализации основания кислотой, то можно разделить соли на четыре группы, для каждой из которых гидролиз будет протекать по-своему.
1. Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой KBr, NaCl, NaNO3), гидролизу подвергаться не будет, так как в этом случае слабый электролит не образуется. Реакция среды остается нейтральной.
2. В соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой FeCl2, NH4Cl, Al2(SO4)3, MgSO4) гидролизу подвергается катион:
FeCl2 + HOH → Fe(OH)Cl + HCl
Fe2+ + 2Cl- + H+ + OH- → FeOH+ + 2Cl- + Н+
В результате гидролиза образуется слабый электролит, ион H+ и другие ионы. рН раствора < 7 ( раствор приобретает кислую реакцию).
3. Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой (КClO, K2SiO3, Na2CO3, CH3COONa) подвергается гидролизу по аниону, в результате чего образуется слабый электролит, гидроксид ион и другие ионы.
K2SiO3 + НОH → KHSiO3 + KОН
2K+ +SiO32- + Н+ + ОH- → НSiO3- + 2K+ + ОН-
рН таких растворов > 7 ( раствор приобретает щелочную реакцию).
4. Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой ( СН3СООNН4, (NН4)2СО3, Al2S3) гидролизуется и по катиону, и по аниону. В результате образуется малодиссоциирующие основание и кислота. рН растворов таких солей зависит от относительной силы кислоты и основания.
Алгоритм написания уравнений реакций гидролиза соли слабой кислоты и силиного основания
Различают несколько вариантов гидролиза солей:
1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания: (CH3COONa, KCN, Na2CO3).
Пример 1. Гидролиз ацетата натрия.
или CH3COO– + Na+ + H2O ↔ CH3COOH + Na+ + OH–
CH3COO– + H2O ↔ CH3COOH + OH–
Так как уксусная кислота слабо диссоциирует, ацетат-ион связывает ион H+, и равновесие диссоциации воды смещается вправо согласно принципу Ле Шателье.
В растворе накапливаются ионы OH- ( pH >7)
Если соль образована многоосновной кислотой, то гидролиз идет ступенчато.
Если соль образована многоосновной кислотой, то гидролиз идет ступенчато.
Например, гидролиз карбоната: Na2CO3
I ступень: CO32– + H2O ↔ HCO3– + OH–
II ступень: HCO3– + H2O ↔ H2CO3 + OH–
Na2CO3 + Н2О = NaHCO3 + NaOH
( pH >7)
Практическое значение обычно имеет только процесс, идущий по первой ступени, которым, как правило, и ограничиваются при оценке гидролиза солей.
Равновесие гидролиза по второй ступени значительно смешено влево по сравнению с равновесием первой ступени, поскольку на первой ступени образуется более слабый электролит (HCO3–), чем на второй (H2CO3)
Пример 2 . Гидролиз ортофосфата рубидия.
1. Определяем тип гидролиза:
Rb3PO4 ↔ 3Rb+ + PO43–
Рубидий – щелочной металл, его гидроксид – сильное основание, фосфорная кислота, особенно по своей третьей стадии диссоциации, отвечающей образованию фосфатов, – слабая кислота.
Идет гидролиз по аниону.
2. Пишем ионное уравнение гидролиза, определяем среду:
PO3-4+ H–OH ↔ HPO2-4 + OH–.
Продукты – гидрофосфат- и гидроксид-ионы, среда – щелочная.
3. Составляем молекулярное уравнение:
Rb3PO4 + H2O ↔ Rb2HPO4 + RbOH.
Получили кислую соль – гидрофосфат рубидия.
Алгоритм написания уравнений реакций гидролиза соли сильной кислоты и слабого основания
2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания: NH4NO3, AlCl3, Fe2(SO4)3.
Пример 1. Гидролиз нитрата аммония.
NH4+ + NO3– + H2O ↔ NH4OH + NO3– + H+
NH4+ + H2O ↔ NH4OH + H+
(pH<7)
В случае многозарядного катиона гидролиз протекает ступенчато, например:
I ступень : Cu2+ + HOH ↔ CuOH+ + H+
II ступень : CuOH+ + HOH ↔ Cu(OH)2 + H+
СuСl2 + Н2О = CuOHCl + HCl
( pH <7)
При этом концентрация ионов водорода и pH среды в растворе также определяются главным образом первой ступенью гидролиза.
Пример 2. Гидролиз сульфата меди(II)
1. Определяем тип гидролиза. На этом этапе необходимо написать уравнение диссоциации соли:
CuSO4 ↔ Cu2+ + SO2-4.
Соль образована катионом слабого основания (подчеркиваем) и анионом сильной кислоты. Идет гидролиз по катиону.
2. Пишем ионное уравнение гидролиза, определяем среду:
Cu2+ + H-OH ↔ CuOH+ + H+.
Образуется катион гидроксомеди(II) и ион водорода, среда – кислая.
3. Составляем молекулярное уравнение.
Надо учитывать, что составление такого уравнения есть некоторая формальная задача. Из положительных и отрицательных частиц, находящихся в растворе, мы составляем нейтральные частицы, существующие только на бумаге. В данном случае мы можем составить формулу (CuOH)2SO4, но для этого наше ионное уравнение мы должны мысленно умножить на два.
Получаем:
2CuSO4 + 2H2O ↔ (CuOH)2SO4 + H2SO4.
Обращаем внимание, что продукт реакции относится к группе основных солей. Названия основных солей, как и названия средних, следует составлять из названий аниона и катиона, в данном случае соль назовем «сульфат гидроксомеди(II)».
Алгоритм написания уравнений реакций гидролиза соли слабой кислоты и слабого основания
3. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания:
Пример 1. Гидролиз ацетата аммония.
CH3COO– + NH4+ + H2O ↔ CH3COOH + NH4OH
В этом случае образуются два малодиссоциированных соединения, и pH раствора зависит от относительной силы кислоты и основания.
Если продукты гидролиза могут удаляться из раствора, например, в виде осадка или газообразного вещества, то гидролиз протекает до конца.
Пример 2. Гидролиз сульфида алюминия.
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OН)3 + 3H2S
2А l3+ + 3 S2- + 6Н2О = 2Аl(OН)3(осадок) + ЗН2S (газ)
Пример 3. Гидролиз ацетата алюминия
1. Определяем тип гидролиза:
Al(CH3COO)3 = Al3+ + 3CH3COO–.
Соль образована катионом слабого основания и анионами слабой кислоты.
2. Пишем ионные уравнения гидролиза, определяем среду:
Al3+ + H–OH ↔ AlOH2+ + H+,
CH3COO– + H–OH ↔ CH3COOH + OH–.
Учитывая, что гидроксид алюминия очень слабое основание, предположим, что гидролиз по катиону будет протекать в большей степени, чем по аниону. Следовательно, в растворе будет избыток ионов водорода, и среда будет кислая.
Не стоит пытаться составлять здесь суммарное уравнение реакции. Обе реакции обратимы, никак друг с другом не связаны, и такое суммирование бессмысленно.
3 . Составляем молекулярное уравнение:
Al(CH3COO)3 + H2O = AlOH(CH3COO)2 + CH3COOH.
Это тоже формальное упражнение, для тренировки в составлении формул солей и их номенклатуре. Полученную соль назовем ацетат гидроксоалюминия.
Алгоритм написания уравнений реакций гидролиза соли сильной кислоты и сильного основания
4. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются, т.к. единственным малодиссоциирующим соединением является H2O.
Соль сильной кислоты и сильного основания не подвергается гидролизу, и раствор нейтрален.
Источник