Электролиз и гидролиз солей
Предсказываем среду раствора соли по правилу сильного и определяем продукты электролиза на катоде и аноде для расплава и раствора.
Гидролиз и электролиз проверяются в заданиях 22–24 и постоянно всплывают в цепочках 32. Обе темы решаются короткими правилами-таблицами, но именно здесь чаще всего теряют баллы из-за перепутанных катода и анода.
Среда раствора определяется тем ионом, который образован сильным электролитом. Соль сильного основания и сильной кислоты (NaCl, K2SO4, Ba(NO3)2) гидролизу не подвергается, среда нейтральная. Соль сильного основания и слабой кислоты (Na2CO3, K2S, CH3COONa) гидролизуется по аниону, среда щелочная. Соль слабого основания и сильной кислоты (CuSO4, AlCl3, NH4Cl, FeCl3) гидролизуется по катиону, среда кислая. Соль слабого основания и слабой кислоты (Al2S3, Cr2(CO3)3) гидролизуется необратимо, полностью.
Гидролиз: тип соли, среда, продукт первой ступени
| Соль | Тип | Среда | Сокращённое уравнение первой ступени |
|---|---|---|---|
| Na2CO3 | по аниону | щелочная | CO3 2− + H2O ⇌ HCO3 − + OH− |
| CuSO4 | по катиону | кислая | Cu 2+ + H2O ⇌ CuOH+ + H+ |
| AlCl3 | по катиону | кислая | Al 3+ + H2O ⇌ AlOH 2+ + H+ |
| KNO3 | нет гидролиза | нейтральная | — |
| Al2S3 | полный | — | Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ |
Катод — восстановление, к нему идут катионы. В растворе: катионы металлов от Li до Al восстанавливаться не могут, вместо них восстанавливается вода — 2H2O + 2e− = H2↑ + 2OH−. Катионы металлов средней активности (от Mn до H) восстанавливаются вместе с водой. Катионы малоактивных металлов (после H: Cu, Ag, Hg, Au) восстанавливаются полностью: Cu 2+ + 2e− = Cu. В расплаве на катоде всегда восстанавливается сам металл.
Анод (инертный) — окисление, к нему идут анионы. Бескислородные анионы (Cl−, Br−, I−, S 2−) окисляются сами: 2Cl− − 2e− = Cl2↑. Кислородсодержащие анионы (SO4 2−, NO3 −, PO4 3−, CO3 2−) и F− не окисляются — вместо них окисляется вода: 2H2O − 4e− = O2↑ + 4H+. В растворах солей карбоновых кислот идёт реакция Кольбе с выделением CO2 и удвоением углеводородного радикала.
- ·Катод: Na+ + e− = Na
- ·Анод: 2Cl− − 2e− = Cl2↑
- ·Суммарно: 2NaCl → 2Na + Cl2↑
- ·Так получают щелочные металлы в промышленности
- ·Катод: 2H2O + 2e− = H2↑ + 2OH−
- ·Анод: 2Cl− − 2e− = Cl2↑
- ·Суммарно: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
- ·Так получают гидроксид натрия и хлор
Условие: определите продукты электролиза водного раствора сульфата меди(II) на инертных электродах и запишите суммарное уравнение. Решение. В растворе ионы Cu 2+, SO4 2− и молекулы H2O. Катод: медь стоит после водорода, поэтому восстанавливается сам металл — Cu 2+ + 2e− = Cu, множитель 2. Анод: сульфат-ион кислородсодержащий, окисляется вода — 2H2O − 4e− = O2↑ + 4H+, множитель 1. Электроны уравнены: 4 отдано, 4 принято. Суммарно: 2CuSO4 + 2H2O → (электролиз) 2Cu + O2↑ + 2H2SO4. Среда раствора становится кислой за счёт образующейся серной кислоты.
Первая массовая ошибка — писать выделение натрия, калия или алюминия при электролизе водного раствора: в растворе на катоде идёт восстановление воды с выделением водорода. Вторая — окислять сульфат- или нитрат-ион на аноде; кислородсодержащие анионы в водном растворе не окисляются. Третья, чисто оформительская, но обнуляющая балл в задании 32: не поставить над стрелкой слово «электролиз». Четвёртая касается гидролиза: в сокращённом уравнении первой ступени пишут сразу конечный продукт Al(OH)3 вместо AlOH 2+ — гидролиз по катиону обратим и идёт преимущественно по первой ступени.
- ✓Определено, расплав это или раствор
- ✓Катод и анод рассмотрены по отдельным правилам, а не наугад
- ✓Число электронов на катоде и аноде уравнено
- ✓Над стрелкой суммарного уравнения написано «электролиз»
- ✓Для гидролиза указан тип (по катиону или по аниону) и среда
- ✓Уравнение обратимого гидролиза записано со знаком ⇌ и только по первой ступени