โมดูลที่ 2 กระบวนการพื้นฐานของเคมีและคุณสมบัติของสาร

แล็บ #7

หัวข้อ: อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือ

โดยอิเล็กโทรไลซิสเรียกว่ากระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสารละลายหรือละลายของอิเล็กโทรไลต์

เมื่อกระแสไฟฟ้าคงที่ถูกส่งผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์หรือหลอมเหลว ไอออนบวกจะเคลื่อนเข้าหาแคโทด และแอนไอออนจะเคลื่อนเข้าหาแอโนด กระบวนการลดการเกิดออกซิเดชันเกิดขึ้นบนอิเล็กโทรด แคโทดเป็นตัวรีดิวซ์เนื่องจากมันบริจาคอิเล็กตรอนให้กับไพเพอร์ และแอโนดคือตัวออกซิไดซ์ เนื่องจากมันรับอิเล็กตรอนจากแอนไอออน ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ ลักษณะของตัวทำละลาย วัสดุของอิเล็กโทรด และโหมดการทำงานของเซลล์

เคมีของกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสของแคลเซียมคลอไรด์ละลาย:

CaCl 2 ↔ Ca 2+ + 2Cl -

ที่แคโทด Ca 2+ + 2e → Ca °

ที่ขั้วบวก 2Cl - - 2e → 2C1 ° → C1 2

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโพแทสเซียมซัลเฟตบนแอโนดที่ไม่ละลายน้ำมีลักษณะดังนี้:

K 2 SO 4 ↔ 2K + + SO 4 2 -

H 2 O ↔ H + + OH -

ที่แคโทด2Н + + 2е→2Н°→ Н 2 2

ที่ขั้วบวก 4OH - 4e → O 2 + 4H + 1

K 2 SO 4 + 4H 2 O 2H 2 + O 2 + 2K0H + H 2 SO 4

วัตถุประสงค์:ทำความคุ้นเคยกับอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือ

อุปกรณ์และอุปกรณ์:เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสไฟฟ้า อิเล็กโทรไลเซอร์ อิเล็กโทรดคาร์บอน กระดาษทราย ถ้วย เครื่องซักผ้า

ข้าว. 1. อุปกรณ์สำหรับพกพา

อิเล็กโทรลิซิส

1 - อิเล็กโทรไลเซอร์;

2 - อิเล็กโทรด;

สายไฟ 3 เส้น; แหล่ง DC

รีเอเจนต์และสารละลาย:สารละลาย 5% ของคอปเปอร์คลอไรด์СuС1 2, โพแทสเซียมไอโอไดด์KI , โพแทสเซียมไฮโดรเจนซัลเฟต KHSO 4 , โซเดียมซัลเฟต Na 2 SO 4 , คอปเปอร์ซัลเฟต CuSO 4 , สังกะสีซัลเฟต ZnSO 4 , สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 20% NaOH, แผ่นทองแดงและนิกเกิล, สารละลายฟีนอฟทาลีน, กรดไนตริก (ความเข้มข้น) HNO 3 , แป้ง 1% สารละลาย , กระดาษลิตมัสเป็นกลาง , สารละลายกรดซัลฟิวริก 10% H 2 SO 4 .

ประสบการณ์ 1. อิเล็กโทรไลซิสของคอปเปอร์คลอไรด์กับอิเล็กโทรดที่ไม่ละลายน้ำ

เติมอิเล็กโทรไลเซอร์ให้เหลือครึ่งหนึ่งของปริมาตรด้วยสารละลายคอปเปอร์คลอไรด์ 5% ลดก้านกราไฟท์ลงในเข่าทั้งสองของอิเล็กโทรไลเซอร์ ขันให้หลวมกับส่วนและท่อยาง เชื่อมต่อปลายอิเล็กโทรดกับตัวนำกับแหล่งกระแสตรง หากมีกลิ่นคลอรีนเล็กน้อย ให้ถอดอิเล็กโทรไลเซอร์ออกจากแหล่งพลังงานทันที เกิดอะไรขึ้นที่แคโทด? ทำสมการของปฏิกิริยาอิเล็กโทรด

ประสบการณ์ที่ 2. อิเล็กโทรไลซิสของโพแทสเซียมไอโอไดด์ด้วยอิเล็กโทรดที่ไม่ละลายน้ำ

เติมเซลล์อิเล็กโทรไลต์ด้วยสารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ 5%, . เติมฟีนอฟทาลีน 2 หยดที่หัวเข่าแต่ละข้าง แปะ ในเข่าแต่ละข้างของอิเล็กโทรดกราไฟท์อิเล็กโทรไลเซอร์และเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสตรง

หัวเข่าไหนและทำไมสารละลายจึงเปลี่ยนเป็นสี? ใส่แป้งมัน 1 หยดที่หัวเข่าแต่ละข้าง ไอโอดีนถูกปล่อยออกมาที่ไหนและทำไม? ทำสมการของปฏิกิริยาอิเล็กโทรด อะไรเกิดขึ้นในพื้นที่แคโทด?

ประสบการณ์ 3. อิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมซัลเฟตด้วยอิเล็กโทรดที่ไม่ละลายน้ำ

เติมครึ่งหนึ่งของปริมาตรของอิเล็กโทรไลเซอร์ด้วยสารละลายโซเดียมซัลเฟต 5% แล้วเติมเมทิลออเรนจ์หรือสารสีน้ำเงิน 2 หยดที่หัวเข่าแต่ละข้าง ใส่อิเล็กโทรดเข้าที่เข่าทั้งสองข้างแล้วต่อเข้ากับแหล่งจ่ายกระแสตรง เขียนข้อสังเกตของคุณ เหตุใดสารละลายอิเล็กโทรไลต์จึงเปลี่ยนสีที่อิเล็กโทรดต่างกัน ทำสมการของปฏิกิริยาอิเล็กโทรด ก๊าซอะไรและเหตุใดจึงถูกปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรด? สาระสำคัญของกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมซัลเฟตคืออะไร

อิเล็กโทรไลซิส

วิธีหนึ่งในการได้มาซึ่งโลหะคืออิเล็กโทรไลซิส โลหะออกฤทธิ์เกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปของสารประกอบเคมีเท่านั้น วิธีการแยกจากสารเหล่านี้ในสถานะอิสระ?

สารละลายและการละลายของอิเล็กโทรไลต์นำกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เมื่อกระแสไหลผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ปฏิกิริยาเคมีอาจเกิดขึ้นได้ พิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าแผ่นโลหะสองแผ่นวางอยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์หรือหลอมละลาย ซึ่งแต่ละแผ่นเชื่อมต่อกับขั้วหนึ่งของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า แผ่นเหล่านี้เรียกว่าอิเล็กโทรด กระแสไฟฟ้าเป็นกระแสเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เนื่องจากการที่อิเล็กตรอนในวงจรเคลื่อนที่จากอิเล็กโทรดหนึ่งไปยังอีกอิเล็กโทรด อิเล็กตรอนส่วนเกินจึงปรากฏบนอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่ง อิเล็กตรอนมีประจุลบ ดังนั้นอิเล็กโทรดนี้จึงมีประจุลบ เรียกว่าแคโทด อิเล็กโทรดอีกขั้วหนึ่งขาดอิเล็กตรอนและมีประจุบวก อิเล็กโทรดนี้เรียกว่าแอโนด อิเล็กโทรไลต์ในสารละลายหรือละลายแยกตัวออกเป็นไอออนที่มีประจุบวก - ไอออนบวก และไอออนที่มีประจุลบ - แอนไอออน ประจุบวกถูกดึงดูดไปยังอิเล็กโทรดที่มีประจุลบ - แคโทด แอนไอออนจะถูกดึงดูดไปยังอิเล็กโทรดที่มีประจุบวก - แอโนด บนพื้นผิวของอิเล็กโทรด ปฏิกิริยาระหว่างไอออนและอิเล็กตรอนสามารถเกิดขึ้นได้

อิเล็กโทรไลซิสหมายถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสารละลายหรือการหลอมของอิเล็กโทรไลต์

กระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายและการหลอมของอิเล็กโทรไลต์นั้นแตกต่างกันมาก ลองพิจารณาทั้งสองกรณีนี้โดยละเอียด

อิเล็กโทรลิซิสละลาย

ตัวอย่างเช่น ให้พิจารณาอิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมคลอไรด์ที่หลอมละลาย ในการหลอมเหลว โซเดียมคลอไรด์จะแยกตัวออกเป็นไอออนนา+
และ Cl - : NaCl = Na + + Cl -

โซเดียมไอออนบวกจะเคลื่อนไปที่พื้นผิวของอิเล็กโทรดที่มีประจุลบ - แคโทด มีอิเล็กตรอนมากเกินไปบนพื้นผิวแคโทด ดังนั้นจึงมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากพื้นผิวอิเล็กโทรดไปยังโซเดียมไอออน ในเวลาเดียวกัน ไอออนนา+ จะถูกแปลงเป็นอะตอมโซเดียม นั่นคือ ไพเพอร์จะลดลงนา+ . สมการกระบวนการ:

นา + + อี - = นา

คลอไรด์ไอออน Cl - ย้ายไปยังพื้นผิวของอิเล็กโทรดที่มีประจุบวก - ขั้วบวก การขาดอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวแอโนดและอิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนจากแอนไอออน Cl- สู่ผิวอิเล็กโทรด ในเวลาเดียวกัน ไอออนที่มีประจุลบ Cl- จะถูกแปลงเป็นอะตอมของคลอรีน ซึ่งจะรวมกันเป็นโมเลกุลคลอรีนในทันที Cล2 :

2C l - -2e - \u003d Cl 2

คลอไรด์ไอออนสูญเสียอิเล็กตรอนนั่นคือพวกมันถูกออกซิไดซ์

ให้เราเขียนสมการของกระบวนการที่เกิดขึ้นที่ขั้วลบและขั้วบวก

นา + + อี - = นา

2 C l - -2 e - \u003d Cl 2

อิเล็กตรอนหนึ่งตัวมีส่วนร่วมในกระบวนการลดโซเดียมไอออนบวกและ 2 อิเล็กตรอนมีส่วนร่วมในกระบวนการออกซิเดชันของคลอรีนไอออน อย่างไรก็ตาม ต้องปฏิบัติตามกฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า กล่าวคือ ประจุทั้งหมดของอนุภาคทั้งหมดในสารละลายจะต้องคงที่ ดังนั้น จำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับการลดโซเดียมไอออนบวกจะต้องเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน เกี่ยวข้องกับการเกิดออกซิเดชันของคลอไรด์ไอออน ดังนั้น เราคูณสมการแรกด้วย 2:

นา + + e - \u003d นา 2

2C l - -2e - \u003d Cl 2 1

เราบวกสมการทั้งสองเข้าด้วยกันและรับสมการทั่วไปของปฏิกิริยา

2 Na + + 2C l - \u003d 2 Na + Cl 2 (สมการปฏิกิริยาไอออนิก) หรือ

2 NaCl \u003d 2 Na + Cl 2 (สมการปฏิกิริยาโมเลกุล)

ในตัวอย่างที่พิจารณา เราจะเห็นว่าอิเล็กโทรไลซิสเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ ที่แคโทด การลดลงของไอออนที่มีประจุบวก - ไอออนบวก ที่ขั้วบวก - การเกิดออกซิเดชันของไอออนที่มีประจุลบ - แอนไอออน เพื่อจดจำว่ากระบวนการใดเกิดขึ้นที่ใด คุณสามารถใช้ "กฎ T":

แคโทด - ไอออนบวก - รีดิวซ์

ตัวอย่าง 2อิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมไฮดรอกไซด์ละลาย

โซเดียมไฮดรอกไซด์ในสารละลายจะแยกตัวออกเป็นไอออนบวกและไฮดรอกไซด์ไอออน

แคโทด (-)<-- Na + + OH - à Анод (+)

บนพื้นผิวแคโทดโซเดียมไอออนบวกจะลดลงและอะตอมของโซเดียมจะเกิดขึ้น:

แคโทด (-) Na + +e à Na

ไฮดรอกไซด์ไอออนถูกออกซิไดซ์บนผิวแอโนด ในขณะที่ออกซิเจนถูกปล่อยออกมาและเกิดโมเลกุลของน้ำ:

แคโทด (-) Na + + e à Na

แอโนด (+)4 OH - - 4 อี à 2 H 2 O + O 2

จำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดักชันของโซเดียมไอออนบวกและในปฏิกิริยาออกซิเดชันของไอออนไฮดรอกไซด์ควรเท่ากัน ลองคูณสมการแรกด้วย 4:

แคโทด (-) Na + + e à Na 4

แอโนด (+)4 OH - – 4 อี à 2 H 2 O + O 2 1

เมื่อนำสมการทั้งสองมารวมกัน เราจะได้สมการของปฏิกิริยาอิเล็กโทรลิซิส:

4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2

ตัวอย่างที่ 3พิจารณาอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมเหลว Al2O3

การใช้ปฏิกิริยานี้ อะลูมิเนียมได้มาจากอะลูมิเนียม ซึ่งเป็นสารประกอบธรรมชาติที่มีอะลูมิเนียมออกไซด์จำนวนมาก จุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียมออกไซด์สูงมาก (มากกว่า 2000º C) ดังนั้นจึงมีการเติมสารเติมแต่งพิเศษลงไป ทำให้จุดหลอมเหลวลดลงเหลือ 800-900º C ในการหลอม อะลูมิเนียมออกไซด์จะแยกตัวออกเป็นไอออนอัล 3+ และ O 2- ชม ไพเพอร์จะลดลงที่แคโทดอัล 3+ , กลายเป็นอะตอมอะลูมิเนียม:

อัล +3 และอัล

แอนไอออนถูกออกซิไดซ์ที่แอโนดโอ 2- กลายเป็นอะตอมออกซิเจน อะตอมของออกซิเจนรวมกันเป็นโมเลกุล O 2 ทันที:

2 O 2- – 4 e à O 2

จำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับการลดไอออนอะลูมิเนียมและการเกิดออกซิเดชันของไอออนออกซิเจนจะต้องเท่ากัน เราจึงคูณสมการแรกด้วย 4 และสมการที่สองด้วย 3:

อัล 3+ +3 e à อัล 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

บวกสมการทั้งสองเข้าด้วยกันแล้วได้

4 อัล 3+ + 6 O 2- a 4 อัล 0 +3 O 2 0 (สมการปฏิกิริยาไอออนิก)

2 อัล 2 O 3 à 4 อัล + 3 O 2

สารละลายอิเล็กโทรลิซิส

ในกรณีของการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำ สสารจะซับซ้อนจากการมีอยู่ของโมเลกุลของน้ำในสารละลาย ซึ่งสามารถโต้ตอบกับอิเล็กตรอนได้เช่นกัน จำได้ว่าในโมเลกุลของน้ำ อะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์แบบมีขั้ว อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของออกซิเจนมีค่ามากกว่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของไฮโดรเจน ดังนั้นคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะถูกเลื่อนไปทางอะตอมออกซิเจน ประจุลบบางส่วนเกิดขึ้นบนอะตอมของออกซิเจน มันถูกแทนด้วย δ- และในอะตอมของไฮโดรเจน มันมีประจุบวกบางส่วน จะแสดงเป็น δ+

δ+

โฮ δ-

│

เอช δ+

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของประจุนี้ โมเลกุลของน้ำจึงมี "ขั้ว" บวกและลบ ดังนั้นโมเลกุลของน้ำจึงสามารถดึงดูดโดยขั้วที่มีประจุบวกไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีประจุลบ - ขั้วลบและขั้วลบ - ไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีประจุบวก - ขั้วบวก ที่แคโทด โมเลกุลของน้ำจะลดลงและปล่อยไฮโดรเจน:

การเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลของน้ำสามารถเกิดขึ้นได้ที่ขั้วบวกด้วยการปล่อยออกซิเจน:

2 H 2 O - 4e - \u003d 4H + + O 2

ดังนั้นอิเล็กโทรไลต์ไอออนบวกหรือโมเลกุลของน้ำจึงสามารถลดลงได้ที่แคโทด กระบวนการทั้งสองนี้ดูเหมือนจะแข่งขันกันเอง กระบวนการใดเกิดขึ้นจริงที่แคโทดนั้นขึ้นอยู่กับธรรมชาติของโลหะ ไอออนของโลหะหรือโมเลกุลของน้ำจะลดลงที่แคโทดหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโลหะใน ชุดของความเค้นโลหะ .

Li K Na Ca Mg Al ¦¦ Zn Fe Ni Sn Pb (H 2) ¦¦ Cu Hg Ag Au

หากโลหะอยู่ในอนุกรมแรงดันทางด้านขวาของไฮโดรเจน ไอออนของโลหะจะลดลงที่แคโทดและปล่อยโลหะอิสระ หากโลหะอยู่ในอนุกรมแรงดันทางด้านซ้ายของอะลูมิเนียม โมเลกุลของน้ำจะลดลงที่แคโทดและปล่อยไฮโดรเจนออกมา สุดท้าย ในกรณีของไอออนบวกของโลหะจากสังกะสีเป็นตะกั่ว การวิวัฒนาการของโลหะหรือการวิวัฒนาการของไฮโดรเจนอาจเกิดขึ้นได้ และบางครั้งไฮโดรเจนและโลหะก็มีวิวัฒนาการไปพร้อม ๆ กัน โดยทั่วไป กรณีนี้ค่อนข้างซับซ้อน ขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยามาก เช่น ความเข้มข้นของสารละลาย ความแรงของกระแส และอื่นๆ

กระบวนการหนึ่งในสองกระบวนการสามารถเกิดขึ้นได้ที่ขั้วบวก - ทั้งการเกิดออกซิเดชันของประจุลบของอิเล็กโทรไลต์ หรือการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลของน้ำ กระบวนการใดเกิดขึ้นจริงขึ้นอยู่กับธรรมชาติของประจุลบ ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของเกลือของกรดอ็อกซิกหรือกรดเอง แอนไอออนจะถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือฟลูออไรด์ไอออนเอฟ- . ในกรณีของกรดที่มีออกซิเจน โมเลกุลของน้ำจะถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวกและปล่อยออกซิเจน

ตัวอย่าง 1ลองดูอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ในน้ำ

ในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ในน้ำจะมีโซเดียมไอออนบวก Na + , คลอรีนแอนไอออน Cl - และโมเลกุลของน้ำ

2 NaCl กับ 2 Na + + 2 Cl -

2Н 2 О а 2 H + + 2 OH -

แคโทด (-) 2 Na + ; 2 ชม. + ; 2Н + 2е และ Н 0 2

ขั้วบวก (+) 2 Cl - ; 2OH-; 2 Cl - – 2e a 2 Cl 0

2NaCl + 2H 2 O à H 2 + Cl 2 + 2NaOH

เคมี กิจกรรม แอนไอออนแทบจะไม่ ลดลง

ตัวอย่าง 2เกิดอะไรขึ้นถ้าเกลือประกอบด้วยดังนั้น 4 2- ? พิจารณาอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายนิกเกิลซัลเฟต ( II ). นิกเกิลซัลเฟต ( II ) แตกตัวเป็นไอออน Ni 2+ และ SO 4 2-:

NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-

H 2 O à H + + OH -

ไอออนบวกของนิกเกิลอยู่ระหว่างไอออนของโลหะอัล 3+ และ Pb 2+ การครอบครองตำแหน่งตรงกลางในซีรีย์แรงดันไฟฟ้ากระบวนการกู้คืนที่แคโทดเกิดขึ้นตามทั้งสองแผน:

2 H 2 O + 2e - \u003d H 2 + 2OH -

แอนไอออนของกรดที่มีออกซิเจนจะไม่ถูกออกซิไดซ์ที่แอโนด ( ชุดกิจกรรมประจุลบ ) โมเลกุลของน้ำจะถูกออกซิไดซ์:

แอโนด อี à O 2 + 4H +

ให้เราเขียนสมการของกระบวนการที่เกิดขึ้นที่แคโทดและแอโนดร่วมกัน:

แคโทด (-) Ni 2+ ; เอช + ; Ni 2+ + 2е а Ni 0

2 H 2 O + 2e - \u003d H 2 + 2OH -

ขั้วบวก (+) ดังนั้น 4 2- ; OH -; 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H +

อิเล็กตรอน 4 ตัวมีส่วนร่วมในกระบวนการรีดิวซ์ และ 4 อิเล็กตรอนมีส่วนร่วมในกระบวนการออกซิเดชันด้วย เมื่อนำสมการเหล่านี้มารวมกัน เราได้สมการปฏิกิริยาทั่วไป:

Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + 2OH - + O 2 + 4 H +

ทางด้านขวาของสมการจะมี H + ไอออน และ . พร้อมกันโอ้- ซึ่งรวมกันเป็นโมเลกุลของน้ำ:

H + + OH - à H 2 O

ดังนั้นทางด้านขวาของสมการแทน 4 H + ไอออนและ 2 ไอออนโอ้- เราเขียน 2 โมเลกุลของน้ำและ 2 H + ไอออน:

Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 +2 H 2 O + O 2 + 2 H +

ลองลดโมเลกุลของน้ำทั้งสองข้างของสมการกัน:

Ni 2+ +2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2 H +

นี่คือสมการไอออนิกแบบสั้น เพื่อให้ได้สมการไอออนิกที่สมบูรณ์ คุณต้องบวกซัลเฟตไอออนทั้งสองส่วนดังนั้น 4 2- เกิดขึ้นระหว่างการแยกตัวของนิเกิลซัลเฟต ( II ) และไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา:

Ni 2+ + SO 4 2- + 2H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2H + + SO 4 2-

ดังนั้นในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายนิกเกิลซัลเฟต ( II ) ไฮโดรเจนและนิกเกิลถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ และออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก

NiSO 4 + 2H 2 O à Ni + H 2 + H 2 SO 4 + O 2

ตัวอย่างที่ 3 เขียนสมการของกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมซัลเฟตที่เป็นน้ำด้วยแอโนดเฉื่อย

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของระบบนา + + อี = นา 0 เป็นลบมากกว่าศักยภาพของอิเล็กโทรดน้ำในตัวกลางที่เป็นน้ำเป็นกลาง (-0.41 V) ดังนั้นการลดลงของน้ำด้วยไฟฟ้าเคมีจะเกิดขึ้นบนแคโทดพร้อมด้วยวิวัฒนาการของไฮโดรเจน

2Н 2 О а 2 H + + 2 OH -

และนาไอออน + การมาที่แคโทดจะสะสมในส่วนที่อยู่ติดกันของสารละลาย (พื้นที่แคโทด)

ที่ขั้วบวกจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันทางไฟฟ้าเคมีของน้ำ นำไปสู่การปล่อยออกซิเจน

2 H 2 O - 4e à O 2 + 4 H +

เพราะสอดคล้องกับระบบนี้ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน (1.23 V) ต่ำกว่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน (2.01 V) ที่กำหนดลักษณะของระบบอย่างมีนัยสำคัญ

2 SO 4 2- + 2 e \u003d S 2 O 8 2-.

ไอออน SO 4 2- การเคลื่อนไปทางแอโนดระหว่างอิเล็กโทรไลซิสจะสะสมอยู่ในพื้นที่แอโนด

การคูณสมการของกระบวนการแคโทดด้วยสอง และเพิ่มเข้ากับสมการของกระบวนการแอโนด เราจะได้สมการรวมของกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส:

6 H 2 O \u003d 2 H 2 + 4 OH - + O 2 + 4 H +

โดยคำนึงถึงว่าไอออนถูกสะสมพร้อมกันในพื้นที่แคโทดและไอออนในพื้นที่แอโนด สมการกระบวนการโดยรวมสามารถเขียนได้ในรูปแบบต่อไปนี้:

6H 2 O + 2Na 2 SO 4 \u003d 2H 2 + 4Na + + 4OH - + O 2 + 4H + + 2SO 4 2-

ดังนั้นพร้อมกับการปล่อยไฮโดรเจนและออกซิเจนโซเดียมไฮดรอกไซด์ (ในพื้นที่แคโทด) และกรดซัลฟิวริก (ในพื้นที่แอโนด) จึงเกิดขึ้นพร้อมกัน

ตัวอย่างที่ 4อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต ( II) CuSO4

แคโทด (-)<-- Cu 2+ + SO 4 2- à анод (+)

แคโทด (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

ขั้วบวก (+) 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H + 1

H + ไอออนยังคงอยู่ในสารละลายและดังนั้น 4 2- เนื่องจากกรดกำมะถันสะสมอยู่

2CuSO 4 + 2H 2 O à 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2

ตัวอย่างที่ 5 อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายคอปเปอร์คลอไรด์ ( II) CuCl 2 .

แคโทด (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)

แคโทด (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

ขั้วบวก (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

สมการทั้งสองเกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนสองตัว

Cu 2+ + 2e à Cu 0 1

2Cl - --– 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (สมการไอออนิก)

CuCl 2 à Cu + Cl 2 (สมการโมเลกุล)

ตัวอย่างที่ 6 อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต AgNO3.

แคโทด (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)

แคโทด (-) Ag + + e à Ag 0

ขั้วบวก (+) 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H +

Ag + + e à Ag 0 4

2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H + 1

4 Ag + + 2 H 2 O à 4 Ag 0 + 4 H + + โอ 2 (สมการไอออนิก)

4 Ag + + 2 ชม 2 โอà 4 Ag 0 + 4 ชม + + โอ 2 + 4 ไม่ 3 - (สมการไอออนิกเต็ม)

4 AgNO 3 + 2 ชม 2 โอà 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + โอ 2 (สมการโมเลกุล)

ตัวอย่าง 7 อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายกรดไฮโดรคลอริกHCl.

แคโทด (-)<-- ชม + + Cl - à ขั้วบวก (+)

แคโทด (-) 2ชม + + 2 อีà ชม 2

แอโนด (+) 2Cl - – 2 อีà Cl 2

2 ชม + + 2 Cl - à ชม 2 + Cl 2 (สมการไอออนิก)

2 HClà ชม 2 + Cl 2 (สมการโมเลกุล)

ตัวอย่างที่ 8 อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายกรดซัลฟิวริกชม 2 ดังนั้น 4 .

แคโทด (-) <-- 2H + + SO 4 2- à ขั้วบวก (+)

แคโทด (-)2H+ + 2eà H2

ขั้วบวก(+) 2H 2 O - 4อีà O2+4H+

2H+ + 2eà H 2 2

2H2O-4อีà O 2 + 4H+1

4H+ + 2H2Oà 2H 2 + 4H+ + O 2

2H2Oà 2H2+O2

ตัวอย่าง 9. อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เกาะ.

แคโทด (-)<-- K + + โอ้ - à ขั้วบวก (+)

โพแทสเซียมไอออนจะไม่ลดลงที่แคโทด เนื่องจากโพแทสเซียมอยู่ในชุดแรงดันไฟฟ้าของโลหะทางด้านซ้ายของอะลูมิเนียม โมเลกุลของน้ำจะลดลงแทน:

2H2O + 2eà H 2 + 2OH - 4OH - -4eà 2H 2 O +O 2

แคโทด(-)2H2O+2eà H 2 + 2OH - 2

ขั้วบวก(+) 4OH - - 4eà 2H 2 O + O 2 1

4H 2 O + 4OH -à 2H 2 + 4OH - + 2H 2 O + O 2

2 ชม 2 โอà 2 ชม 2 + โอ 2

ตัวอย่าง 10 อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโพแทสเซียมไนเตรตคนรู้จัก 3 .

แคโทด (-) <-- K + + NO 3 - à ขั้วบวก (+)

2H2O + 2eà H 2 + 2OH - 2H 2 O - 4อีà O2+4H+

แคโทด(-)2H2O+2eà H 2 + 2OH-2

ขั้วบวก(+) 2H 2 O - 4อีà O 2 + 4H+1

4H2O + 2H2Oà 2H2+4OH-+4H++ O2

2H2Oà 2H2+O2

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสารละลายของกรดที่มีออกซิเจน ด่าง และเกลือของกรดที่มีออกซิเจนซึ่งมีโลหะอยู่ในชุดแรงดันไฟฟ้าของโลหะ ทางด้านซ้ายของอะลูมิเนียม กระแสไฟฟ้าของน้ำจะเกิดขึ้นจริง ในกรณีนี้ ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ และออกซิเจนที่ขั้วบวก

บทสรุป เมื่อพิจารณาผลิตภัณฑ์ของอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ในน้ำ ในกรณีที่ง่ายที่สุด ข้อควรพิจารณาต่อไปนี้สามารถชี้นำได้:

1. ไอออนของโลหะที่มีค่าพีชคณิตเล็กน้อยของศักย์มาตรฐาน - จากหลี่ + ก่อนอัล 3+ รวม - มีแนวโน้มที่อ่อนแอมากที่จะแนบอิเล็กตรอนกลับเข้าไปใหม่โดยยอมให้ไอออนชม + (ซม. ชุดกิจกรรมประจุบวก). ในอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำของสารประกอบที่มีไอออนบวกเหล่านี้ การทำงานของตัวออกซิไดซ์บนแคโทดจะดำเนินการโดยไอออนชม + ขณะกู้คืนตามรูปแบบ:

2 ชม 2 โอ+ 2 อีà ชม 2 + 2OH -

2. ไอออนบวกของโลหะที่มีค่าบวกของศักย์มาตรฐาน (Cu 2+ , Ag + , hg 2+ เป็นต้น) มีแนวโน้มที่จะเกาะติดอิเล็กตรอนมากกว่าไอออน ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำของเกลือ ไพเพอร์เหล่านี้จะปล่อยฟังก์ชันของตัวออกซิไดซ์บนแคโทด ในขณะที่ถูกลดขนาดให้เป็นโลหะตามแบบแผน ตัวอย่างเช่น

Cu 2+ +2 อีà Cu 0

3. ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำของเกลือโลหะสังกะสี, เฟ, ซีดี, นิและอื่น ๆ ที่อยู่ในตำแหน่งตรงกลางระหว่างกลุ่มที่ระบุไว้ในชุดแรงดันไฟฟ้า กระบวนการลดที่แคโทดเกิดขึ้นตามทั้งสองแผน ในกรณีเหล่านี้มวลของโลหะที่ปล่อยออกมาไม่สอดคล้องกับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหล ซึ่งส่วนหนึ่งถูกใช้ไปในการก่อตัวของไฮโดรเจน

4. ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำ แอนไอออนโมโนโทมิก (Cl - , Br - , เจ - ), แอนไอออนที่มีออกซิเจน (ไม่ 3 - , ดังนั้น 4 2- , ป 4 3- และอื่นๆ) รวมทั้งไฮดรอกซิลไอออนของน้ำ ในจำนวนนี้ ไอออนของเฮไลด์มีคุณสมบัติรีดิวซ์ที่แรงกว่า ยกเว้นF. ไอออนโอ้ครองตำแหน่งกลางระหว่างพวกเขากับแอนไอออน polyatomic ดังนั้นในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำHCl, HBr, HJหรือเกลือของพวกมันบนขั้วบวก ไอออนของเฮไลด์จะถูกออกซิไดซ์ตามรูปแบบ:

2 X - -2 อีà X 2 0

ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายซัลเฟต ไนเตรต ฟอสเฟต ฯลฯ หน้าที่ของตัวรีดิวซ์ดำเนินการโดยไอออนในขณะที่ถูกออกซิไดซ์ตามรูปแบบ:

4 HOH – 4 อีà 2 ชม 2 โอ + โอ 2 + 4 ชม +

.

งาน

Z เอ กระท่อม 1. ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต ทองแดง 48 กรัมถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ หาปริมาตรของก๊าซที่ปล่อยออกมาที่ขั้วบวกและมวลของกรดซัลฟิวริกที่เกิดขึ้นในสารละลาย

คอปเปอร์ซัลเฟตในสารละลายไม่แยกตัวออกจากไอออนC 2+ และส0 4 2 ".

CuS0 4 \u003d ลูกบาศ์ก 2+ + S0 4 2 "

ให้เราเขียนสมการของกระบวนการที่เกิดขึ้นที่ขั้วลบและขั้วบวก Cu cations ลดลงที่แคโทดอิเล็กโทรไลซิสของน้ำเกิดขึ้นที่ขั้วบวก:

ลูกบาศ์ก 2+ + 2e- \u003d Cu12

2H 2 0-4e- = 4H + + 0 2 |1

สมการอิเล็กโทรไลซิสทั่วไป:

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2 (สมการไอออนิกสั้น)

เพิ่มทั้งสองข้างของสมการ 2 ซัลเฟตไอออนแต่ละอันซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างการแยกตัวของคอปเปอร์ซัลเฟตเราจะได้สมการไอออนิกที่สมบูรณ์:

2Cu2+ + 2S042" + 2H20 = 2Cu + 4H+ + 2SO4 2" + O2

2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2

ก๊าซที่ปล่อยออกมาที่ขั้วบวกคือออกซิเจน กรดกำมะถันก่อตัวในสารละลาย

มวลโมลาร์ของทองแดงคือ 64 g / mol เราคำนวณปริมาณของสารทองแดง:

ตามสมการปฏิกิริยา เมื่อทองแดง 2 โมลถูกปลดปล่อยออกจากแอโนด ออกซิเจน 1 โมลจะถูกปล่อยออกมา ทองแดง 0.75 โมลถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ ปล่อยให้ออกซิเจน x โมลถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก มาสร้างสัดส่วนกันเถอะ:

2/1=0.75/x, x=0.75*1/2=0.375 โมล

ออกซิเจน 0.375 โมลถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก

v(O2) = 0.375 โมล

คำนวณปริมาตรของออกซิเจนที่ปล่อยออกมา:

V(O2) \u003d v (O2) "VM \u003d 0.375 mol" 22.4 l / mol \u003d 8.4 l

ตามสมการปฏิกิริยา เมื่อทองแดง 2 โมลถูกปล่อยที่แคโทด กรดซัลฟิวริก 2 โมลจะก่อตัวในสารละลาย ซึ่งหมายความว่าหากทองแดง 0.75 โมลถูกปล่อยที่แคโทด ก็จะเกิดกรดซัลฟิวริก 0.75 โมล ในสารละลาย v (H2SO4) = 0.75 โมล . คำนวณมวลโมลาร์ของกรดซัลฟิวริก:

M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 กรัม/โมล

คำนวณมวลของกรดซัลฟิวริก:

ม. (H2S04) \u003d v (H2S04> M (H2S04) \u003d \u003d 0.75 mol \u003d 98 g / mol \u003d 73.5 g.

ตอบ:ออกซิเจน 8.4 ลิตรถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก กรดกำมะถัน 73.5 กรัมถูกสร้างขึ้นในสารละลาย

ภารกิจที่ 2 ค้นหาปริมาตรของก๊าซที่ปล่อยออกมาที่ขั้วลบและขั้วบวกระหว่างอิเล็กโทรลิซิสของสารละลายในน้ำที่มีโพแทสเซียมคลอไรด์ 111.75 กรัม สารอะไรเกิดในสารละลาย? หามวลของมัน

โพแทสเซียมคลอไรด์ในสารละลายแยกออกเป็นไอออน K+ และ Cl:

2KS1 \u003d K + + Cl

โพแทสเซียมไอออนจะไม่ลดลงที่แคโทด แต่โมเลกุลของน้ำจะลดลงแทน คลอไรด์ไอออนถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวกและปล่อยคลอรีน:

2H2O + 2e "= H2 + 20H-|1

2SG-2e "= C12|1

สมการอิเล็กโทรไลซิสทั่วไป:

2CHl + 2H2O \u003d H2 + 2OH "+ C12 (สมการไอออนิกสั้น) สารละลายยังประกอบด้วย K + ไอออนที่เกิดขึ้นระหว่างการแยกตัวของโพแทสเซียมคลอไรด์และไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา:

2K+ + 2Cl + 2H20 = H2 + 2K+ + 2OH" + C12

ลองเขียนสมการใหม่ในรูปแบบโมเลกุล:

2KS1 + 2H2O = H2 + C12 + 2KOH

ไฮโดรเจนถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ คลอรีนถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์จะก่อตัวในสารละลาย

สารละลายมีโพแทสเซียมคลอไรด์ 111.75 กรัม

คำนวณมวลโมลาร์ของโพแทสเซียมคลอไรด์:

M(KC1) = 39+35.5 = 74.5 ก./โมล

คำนวณปริมาณของสารโพแทสเซียมคลอไรด์:

จากสมการปฏิกิริยา อิเล็กโทรไลซิสของโพแทสเซียมคลอไรด์ 2 โมลจะปล่อยคลอรีน 1 โมล ให้อิเล็กโทรลิซิสของโพแทสเซียมคลอไรด์ 1.5 โมลปล่อยคลอรีน x โมล มาสร้างสัดส่วนกันเถอะ:

2/1=1.5/x, x=1.5 /2=0.75 โมล

คลอรีน 0.75 โมลจะถูกปล่อยออกมา v (C! 2) \u003d 0.75 โมล ตามสมการปฏิกิริยา เมื่อคลอรีน 1 โมลถูกปล่อยที่แอโนด ไฮโดรเจน 1 โมลจะถูกปลดปล่อยที่แคโทด ดังนั้น ถ้าคลอรีน 0.75 โมลถูกปลดปล่อยที่แอโนด ไฮโดรเจน 0.75 โมลจะถูกปลดปล่อยที่แคโทด v(H2) = 0.75 โมล

ให้เราคำนวณปริมาตรของคลอรีนที่ปล่อยออกมาที่ขั้วบวก:

V (C12) \u003d v (Cl2) -VM \u003d 0.75 mol \u003d 22.4 l / mol \u003d 16.8 l

ปริมาตรของไฮโดรเจนเท่ากับปริมาตรของคลอรีน:

Y (H2) \u003d Y (C12) \u003d 16.8 ล.

ตามสมการปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของโพแทสเซียมคลอไรด์ 2 โมลจะเกิดโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 2 โมลซึ่งหมายความว่าในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของโพแทสเซียมคลอไรด์ 0.75 โมลจะเกิดโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 0.75 โมล คำนวณมวลโมลาร์ของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์:

M (KOH) \u003d 39 + 16 + 1 - 56 g / mol

คำนวณมวลของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์:

m(KOH) \u003d v (KOH> M (KOH) \u003d 0.75 mol-56 g / mol \u003d 42 g.

ตอบ:ไฮโดรเจน 16.8 ลิตรถูกปล่อยออกมาที่แคโทด คลอรีน 16.8 ลิตรถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 42 กรัมก่อตัวขึ้นในสารละลาย

ภารกิจที่ 3 ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโลหะคลอไรด์ไดวาเลนต์ 19 กรัมที่ขั้วบวก คลอรีน 8.96 ลิตรถูกปล่อยออกมา กำหนดว่าโลหะคลอไรด์ใดถูกอิเล็กโทรลิซิส คำนวณปริมาตรของไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาที่ขั้วลบ

เราระบุโลหะที่ไม่รู้จัก M สูตรของคลอไรด์ของมันคือ MC12 ที่ขั้วบวก คลอไรด์ไอออนจะถูกออกซิไดซ์และปล่อยคลอรีน เงื่อนไขบอกว่าไฮโดรเจนถูกปล่อยออกมาที่แคโทดดังนั้นโมเลกุลของน้ำจึงลดลง:

2H20 + 2e- = H2 + 2OH|1

2Cl -2e "= C12! 1

สมการอิเล็กโทรไลซิสทั่วไป:

2Cl + 2H2O \u003d H2 + 2OH "+ C12 (สมการไอออนิกสั้น)

สารละลายยังประกอบด้วยไอออน M2+ ซึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยา เราเขียนสมการปฏิกิริยาไอออนิกแบบเต็ม:

2SG + M2+ + 2H2O = H2 + M2+ + 2OH- + C12

ลองเขียนสมการปฏิกิริยาใหม่ในรูปแบบโมเลกุล:

MS12 + 2H2O - H2 + M(OH)2 + C12

ค้นหาปริมาณคลอรีนที่ปล่อยออกมาที่ขั้วบวก:

ตามสมการปฏิกิริยา ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของคลอไรด์ 1 โมลของโลหะที่ไม่รู้จัก คลอรีน 1 โมลจะถูกปล่อยออกมา ถ้าคลอรีน 0.4 โมลถูกปล่อยออก เมทัลคลอไรด์ 0.4 โมลก็จะถูกอิเล็กโทรลิซิส คำนวณมวลโมลาร์ของโลหะคลอไรด์:

มวลโมลาร์ของคลอไรด์ของโลหะที่ไม่รู้จักคือ 95 ก./โมล มี 35.5"2 = 71 กรัม/โมลต่อคลอรีนสองอะตอม ดังนั้นมวลโมลาร์ของโลหะคือ 95-71 = 24 กรัม/โมล แมกนีเซียมสอดคล้องกับมวลโมลาร์นี้

ตามสมการปฏิกิริยา สำหรับคลอรีน 1 โมลที่ปล่อยออกมาที่ขั้วบวก จะมีไฮโดรเจน 1 โมลที่ปล่อยออกมาที่ขั้วลบ ในกรณีของเรา คลอรีน 0.4 โมลถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก ซึ่งหมายความว่าไฮโดรเจน 0.4 โมลถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ คำนวณปริมาตรของไฮโดรเจน:

V (H2) \u003d v (H2> VM \u003d 0.4 mol \u003d 22.4 l / mol \u003d 8.96 l.

ตอบ:ภายใต้สารละลายอิเล็กโทรไลซิสของแมกนีเซียมคลอไรด์ ไฮโดรเจน 8.96 ลิตรถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ

*ปัญหาที่ 4 ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโพแทสเซียมซัลเฟต 200 กรัมที่มีความเข้มข้น 15% ออกซิเจน 14.56 ลิตรถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก คำนวณความเข้มข้นของสารละลายเมื่อสิ้นสุดอิเล็กโทรไลซิส

ในสารละลายของโพแทสเซียมซัลเฟต โมเลกุลของน้ำจะทำปฏิกิริยาทั้งที่แคโทดและที่แอโนด:

2H20 + 2e "= H2 + 20H-|2

2H2O - 4e "= 4H+ + O2! 1

นำสมการทั้งสองมารวมกัน:

6H2O \u003d 2H2 + 4OH "+ 4H + + O2 หรือ

6H2O \u003d 2H2 + 4H2O + O2 หรือ

2H2O = 2H2 + 02

ในความเป็นจริง ในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโพแทสเซียมซัลเฟต กระแสไฟฟ้าของน้ำจะเกิดขึ้น

ความเข้มข้นของตัวถูกละลายในสารละลายถูกกำหนดโดยสูตร:

C=m(ตัวละลาย) 100% / m(สารละลาย)

ในการหาความเข้มข้นของสารละลายโพแทสเซียมซัลเฟตที่จุดสิ้นสุดของอิเล็กโทรลิซิส จำเป็นต้องทราบมวลของโพแทสเซียมซัลเฟตและมวลของสารละลาย มวลของโพแทสเซียมซัลเฟตไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการทำปฏิกิริยา คำนวณมวลของโพแทสเซียมซัลเฟตในสารละลายเริ่มต้น ให้เราแสดงความเข้มข้นของสารละลายตั้งต้นเป็น C

ม.(K2S04) = C2 (K2S04) ม.(สารละลาย) = 0.15 200 ก. = 30 ก.

มวลของสารละลายจะเปลี่ยนไประหว่างอิเล็กโทรไลซิส เนื่องจากส่วนหนึ่งของน้ำจะถูกแปลงเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน คำนวณปริมาณออกซิเจนที่ปล่อยออกมา:

(O 2) \u003d V (O2) / Vm \u003d 14.56 l / 22.4 l / mol \u003d 0.65 mol

จากสมการปฏิกิริยา ออกซิเจน 1 โมลเกิดจากน้ำ 2 โมล ปล่อยออกซิเจน 0.65 โมลออกไประหว่างการสลายตัวของน้ำ x โมล มาสร้างสัดส่วนกันเถอะ:

สลายตัวของน้ำ 1.3 โมล v(H2O) = 1.3 โมล

คำนวณมวลโมลาร์ของน้ำ:

M(H2O) \u003d 1-2 + 16 \u003d 18 g / mol

คำนวณมวลของน้ำที่สลายตัว:

m(H2O) \u003d v (H2O> M (H2O) \u003d 1.3 mol * 18 g / mol \u003d 23.4 g.

มวลของสารละลายโพแทสเซียมซัลเฟตลดลง 23.4 กรัมและเท่ากับ 200-23.4 = 176.6 กรัม ตอนนี้ให้เราคำนวณความเข้มข้นของสารละลายโพแทสเซียมซัลเฟตเมื่อสิ้นสุดอิเล็กโทรไลซิส:

С2 (K2 SO4)=m(K2 SO4) 100% / m(สารละลาย)=30g 100% / 176.6g=17%

ตอบ:ความเข้มข้นของสารละลายเมื่อสิ้นสุดอิเล็กโทรไลซิสคือ 17%

* 3 ปัญหา 5. 188.3 กรัมของส่วนผสมของโซเดียมและโพแทสเซียมคลอไรด์ละลายในน้ำและกระแสไฟฟ้าถูกส่งผ่านสารละลายที่ได้ ในระหว่างการอิเล็กโทรลิซิส ไฮโดรเจน 33.6 ลิตรถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ คำนวณองค์ประกอบของส่วนผสมเป็นเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก

หลังจากละลายส่วนผสมของโพแทสเซียมและโซเดียมคลอไรด์ในน้ำ สารละลายจะประกอบด้วย K+, Na+ และ Cl-ion โพแทสเซียมไอออนและโซเดียมไอออนจะไม่ลดลงที่แคโทด โมเลกุลของน้ำจะลดลง คลอไรด์ไอออนถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวกและปล่อยคลอรีน:

มาเขียนสมการใหม่ในรูปแบบโมเลกุลกัน:

2KS1 + 2H20 = H2 + C12 + 2KOH

2NaCl + 2H2O = H2 + C12 + 2NaOH

ให้เราระบุปริมาณของสารโพแทสเซียมคลอไรด์ที่มีอยู่ในส่วนผสม x โมลและปริมาณของสารโซเดียมคลอไรด์ y โมล ตามสมการปฏิกิริยา ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมหรือโพแทสเซียมคลอไรด์ 2 โมล ไฮโดรเจน 1 โมลจะถูกปล่อยออกมา ดังนั้นในระหว่างอิเล็กโทรไลซิส x โมลของโพแทสเซียมคลอไรด์ x / 2 หรือ 0.5x โมลของไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นและในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสโซเดียมคลอไรด์ y โมลคือ 0.5y โมลของไฮโดรเจน มาหาปริมาณกัน สารไฮโดรเจน, ถูกปล่อยออกมาระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของของผสม:

มาสร้างสมการกัน: 0.5x + 0.5y \u003d 1.5

คำนวณมวลโมลาร์ของโพแทสเซียมและโซเดียมคลอไรด์:

M(KC1) = 39+35.5 = 74.5 ก./โมล

M (NaCl) \u003d 23 + 35.5 \u003d 58.5 g / mol

มวล x โมลของโพแทสเซียมคลอไรด์คือ:

m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d x mol-74.5 g / mol \u003d 74.5 x g

มวลของโมลของโซเดียมคลอไรด์คือ:

m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d y mol-74.5 g / mol \u003d 58.5 u g

มวลของส่วนผสมคือ 188.3 g เราทำสมการที่สอง:

74.5x + 58.5y = 188.3

ดังนั้นเราจึงแก้ระบบสมการสองสมการโดยมีค่านิรนามสองตัว:

0.5(x + y)= 1.5

74.5x + 58.5y = 188.3g

จากสมการแรก เราแสดง x:

x + y \u003d 1.5 / 0.5 \u003d 3,

x = 3-y

แทนค่า x นี้ลงในสมการที่สอง เราได้:

74.5-(3-y) + 58.5y = 188.3

223.5-74.5y + 58.5y = 188.3

-16 ปี = -35.2

y \u003d 2.2 100% / 188.3g \u003d 31.65%

คำนวณ เศษส่วนมวลเกลือแกง:

w(NaCl) = 100% - w(KCl) = 68.35%

ตอบ:ส่วนผสมประกอบด้วยโพแทสเซียมคลอไรด์ 31.65% และโซเดียมคลอไรด์ 68.35%

แก้ปัญหาสารเคมี
ตระหนักถึงกฎของฟาราเดย์
มัธยม

พัฒนาการของผู้เขียน

ในบรรดาปัญหาทางเคมีต่างๆ มากมาย เช่น การฝึกสอนที่โรงเรียนแสดงให้เห็น ปัญหาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดจากปัญหา สำหรับการแก้ปัญหานั้น นอกจากความรู้ทางเคมีที่เป็นของแข็งแล้ว ยังต้องมีความรู้ด้านวัสดุเป็นอย่างดี ของวิชาฟิสิกส์ และถึงแม้ไม่ใช่โรงเรียนมัธยมทุกแห่งที่ให้ความสนใจกับการแก้ปัญหาอย่างน้อยที่สุดโดยใช้ความรู้ของสองหลักสูตร - เคมีและฟิสิกส์ แต่บางครั้งปัญหาประเภทนี้มักพบในการสอบเข้ามหาวิทยาลัยที่วิชาเคมีเป็นสาขาวิชาหลัก ดังนั้น หากไม่มีการวิเคราะห์ปัญหาประเภทนี้ในห้องเรียน ครูสามารถกีดกันนักเรียนของเขาไม่ให้มีโอกาสเข้ามหาวิทยาลัยในด้านเคมีเฉพาะทางโดยไม่ตั้งใจ
การพัฒนาของผู้เขียนนี้มีงานมากกว่ายี่สิบงาน ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับหัวข้อ "อิเล็กโทรไลซิส" เพื่อแก้ปัญหาประเภทนี้ ไม่เพียงแต่ต้องมีความรู้ที่ดีในหัวข้อ "อิเล็กโทรไลซิส" หลักสูตรโรงเรียนเคมี แต่ยังต้องรู้กฎของฟาราเดย์ซึ่งกำลังศึกษาอยู่ในหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน
บางทีงานที่คัดเลือกมานี้อาจไม่น่าสนใจสำหรับนักเรียนทุกคนในชั้นเรียนหรือทุกคนในชั้นเรียนก็ได้ อย่างไรก็ตาม ขอแนะนำให้วิเคราะห์งานประเภทนี้กับกลุ่มนักเรียนที่สนใจเป็นวงกลมหรือชั้นเรียนเสริม สามารถสังเกตได้อย่างมั่นใจว่างานประเภทนี้มีความซับซ้อนและอย่างน้อยก็ไม่ธรรมดาสำหรับหลักสูตรเคมีของโรงเรียน (เรากำลังพูดถึงค่าเฉลี่ย โรงเรียนการศึกษาทั่วไป) ดังนั้นปัญหาประเภทนี้จึงสามารถรวมไว้ในตัวแปรของโรงเรียนหรือเขตเคมีโอลิมปิกได้อย่างปลอดภัยสำหรับเกรด 10 หรือ 11
การมีวิธีแก้ปัญหาอย่างละเอียดสำหรับแต่ละปัญหาทำให้การพัฒนาเป็นเครื่องมือที่มีค่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับครูมือใหม่ หลังจากวิเคราะห์งานหลายอย่างกับนักเรียนในบทเรียนทางเลือกหรือบทเรียนแบบวงกลม ครูที่มีความคิดสร้างสรรค์จะกำหนดงานประเภทเดียวกันที่บ้านและใช้การพัฒนานี้ในกระบวนการตรวจการบ้าน ซึ่งจะช่วยประหยัดเวลาอันมีค่าของครูได้อย่างมาก

ข้อมูลเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับปัญหา

ปฏิกริยาเคมีไหลภายใต้การกระทำของกระแสไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดที่วางอยู่ในสารละลายหรือละลายของอิเล็กโทรไลต์เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส ขอ​พิจารณา​ตัว​อย่าง.

ในแก้วที่อุณหภูมิประมาณ 700 ° C มีการละลายของโซเดียมคลอไรด์ NaCl อิเล็กโทรดจะถูกแช่อยู่ในนั้น ก่อนที่จะส่งกระแสไฟฟ้าผ่านการหลอมเหลว ไอออน Na + และ Cl จะเคลื่อนที่แบบสุ่ม อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้กระแสไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของอนุภาคเหล่านี้จะเรียงตามลำดับ: Na + ไอออนจะพุ่งไปที่อิเล็กโทรดที่มีประจุลบ และ Cl - ไอออน - ไปยังอิเล็กโทรดที่มีประจุบวก

และเขาอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่มีประจุ

ประจุบวกเป็นไอออนที่มีประจุบวก

ประจุลบเป็นไอออนที่มีประจุลบ

แคโทด- อิเล็กโทรดที่มีประจุลบ (ไอออนที่มีประจุบวก - ไอออนบวก) เคลื่อนเข้าหามัน

ขั้วบวก- อิเล็กโทรดที่มีประจุบวก (ไอออนที่มีประจุลบ - แอนไอออน) เคลื่อนเข้าหามัน

อิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมคลอไรด์ละลายบนอิเล็กโทรดแพลทินัม

ปฏิกิริยาทั้งหมด:

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ในน้ำบนอิเล็กโทรดคาร์บอน

ปฏิกิริยาทั้งหมด:

หรือในรูปแบบโมเลกุล:

อิเล็กโทรลิซิสของสารละลายทองแดง (II) คลอไรด์ในน้ำบนอิเล็กโทรดคาร์บอน

ปฏิกิริยาทั้งหมด:

ที่ ซีรีย์ไฟฟ้าเคมีกิจกรรมของโลหะ ทองแดงตั้งอยู่ทางด้านขวาของไฮโดรเจน ดังนั้นทองแดงจะลดลงที่ขั้วลบ และคลอรีนจะถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมซัลเฟตในน้ำบนอิเล็กโทรดแพลทินัม

ปฏิกิริยาทั้งหมด:

ในทำนองเดียวกัน อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโพแทสเซียมไนเตรตในน้ำเกิดขึ้น (อิเล็กโทรดแพลทินัม)

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายสังกะสีซัลเฟตในน้ำบนอิเล็กโทรดกราไฟต์

ปฏิกิริยาทั้งหมด:

อิเล็กโทรลิซิสของสารละลายเหล็ก (III) ไนเตรตในน้ำบนอิเล็กโทรดแพลทินัม

ปฏิกิริยาทั้งหมด:

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตในน้ำบนอิเล็กโทรดแพลตตินั่ม

ปฏิกิริยาทั้งหมด:

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอะลูมิเนียมซัลเฟตในน้ำบนอิเล็กโทรดแพลทินัม

ปฏิกิริยาทั้งหมด:

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตในน้ำบนอิเล็กโทรดทองแดง - การกลั่นด้วยไฟฟ้าเคมี

ความเข้มข้นของ CuSO 4 ในสารละลายยังคงที่ กระบวนการจะลดลงเป็นการถ่ายโอนวัสดุแอโนดไปยังแคโทด นี่คือสาระสำคัญของกระบวนการกลั่นด้วยไฟฟ้าเคมี (การได้มาซึ่งโลหะบริสุทธิ์)

เมื่อร่างโครงร่างสำหรับอิเล็กโทรไลซิสของเกลือโดยเฉพาะต้องจำไว้ว่า:

– ไอออนบวกของโลหะที่มีศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน (SEP) สูงกว่าไฮโดรเจน (รวมทองแดงเป็นทอง) จะลดลงเกือบทั้งหมดที่ขั้วลบระหว่างอิเล็กโทรลิซิส

– ไอออนบวกของโลหะที่มีค่า SEP น้อย (จากลิเธียมถึงอลูมิเนียม) จะไม่ลดลงที่แคโทด แต่โมเลกุลของน้ำจะลดลงเป็นไฮโดรเจนแทน

– ไอออนของโลหะที่มีค่า SEC น้อยกว่าไฮโดรเจน แต่มีค่ามากกว่าอะลูมิเนียม (จากอะลูมิเนียมเป็นไฮโดรเจน) จะลดลงพร้อมๆ กันกับน้ำในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสที่แคโทด

- หากสารละลายในน้ำมีส่วนผสมของไอออนบวกของโลหะต่างๆ เช่น Ag +, Cu 2+, Fe 2+ เงินจะถูกลดทอนลงในส่วนผสมนี้ก่อน ตามด้วยทองแดง และเหล็กสุดท้าย

- บนแอโนดที่ไม่ละลายน้ำระหว่างอิเล็กโทรไลซิส แอนไอออนหรือโมเลกุลของน้ำจะถูกออกซิไดซ์ และแอนไอออน S 2–, I –, Br – , Cl – จะถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย

– ถ้าสารละลายมีแอนไอออนของกรดที่มีออกซิเจน , , , , โมเลกุลของน้ำจะถูกออกซิไดซ์เป็นออกซิเจนที่แอโนด

- หากแอโนดละลายได้ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสมันจะถูกออกซิเดชันเช่น มันส่งอิเล็กตรอนไปยังวงจรภายนอก: เมื่ออิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมาความสมดุลระหว่างอิเล็กโทรดกับสารละลายจะเปลี่ยนไปและแอโนดจะละลาย

หากจากกระบวนการอิเล็กโทรดทั้งชุดเราแยกเฉพาะกระบวนการที่สอดคล้องกับสมการทั่วไป

เอ็ม z+ + เซ=เอ็ม,

แล้วเราจะได้ ช่วงความเค้นโลหะ. ไฮโดรเจนยังถูกวางไว้ในแถวนี้เสมอ ซึ่งทำให้สามารถดูได้ว่าโลหะใดสามารถแทนที่ไฮโดรเจนจากสารละลายที่เป็นน้ำของกรด และโลหะใดที่ไม่ใช่ (ตาราง)

โต๊ะ

กลุ่มของโลหะความเครียด

สมการ อิเล็กโทรด กระบวนการ	มาตรฐาน อิเล็กโทรด ศักยภาพที่ 25 °С, ว	สมการ อิเล็กโทรด กระบวนการ	มาตรฐาน อิเล็กโทรด ศักยภาพ ที่ 25 °C, V
หลี่ + + 1 อี= Li0	–3,045	Co2+ + 2 อี= Co0	–0,277
Rb + + 1 อี= Rb0	–2,925	นิ 2+ + 2 อี= Ni0	–0,250
K++1 อี= K0	–2,925	Sn 2+ + 2 อี= Sn0	–0,136
Cs + + 1 อี= Cs 0	–2,923	PB 2+ + 2 อี= Pb 0	–0,126
Ca 2+ + 2 อี= Ca0	–2,866	เฟ 3+ + 3 อี= Fe0	–0,036
นา + + 1 อี= นา 0	–2,714	2H++2 อี=H2	0
มก. 2+ + 2 อี=Mg0	–2,363	ไบ 3+ + 3 อี= Bi0	0,215
อัล 3+ + 3 อี=Al0	–1,662	ลูกบาศ์ก 2+ + 2 อี= ลูกบาศ์ก 0	0,337
Ti 2+ + 2 อี= Ti0	–1,628	ลูกบาศ์ก + +1 อี= ลูกบาศ์ก 0	0,521
Mn 2+ + 2 อี=Mn0	–1,180	ปรอท 2 2+ + 2 อี= 2Hg0	0,788
Cr 2+ + 2 อี=Cr0	–0,913	Ag + + 1 อี= Ag0	0,799
สังกะสี 2+ + 2 อี= Zn0	–0,763	ปรอท 2+ + 2 อี= Hg0	0,854
Cr 3+ + 3 อี=Cr0	–0,744	แต้ม 2+ + 2 อี= Pt0	1,2
เฟ 2+ + 2 อี= Fe0	–0,440	ออ 3+ + 3 อี= โอ 0	1,498
ซีดี 2+ + 2 อี= ซีดี 0	–0,403	Au++1 อี= โอ 0	1,691

ในรูปแบบที่ง่ายกว่า ชุดของความเค้นโลหะสามารถแสดงได้ดังนี้:

ในการแก้ปัญหาอิเล็กโทรไลซิสส่วนใหญ่ จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับกฎของฟาราเดย์ ซึ่งแสดงสูตรดังต่อไปนี้:

ม = เอ็ม ฉัน t/(z F),

ที่ไหน มคือ มวลของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรด F- หมายเลขฟาราเดย์ เท่ากับ 96 485 A s / mol หรือ 26.8 A h / mol เอ็มคือมวลโมลาร์ของธาตุที่ลดลงระหว่างอิเล็กโทรไลซิส t– เวลาของกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส (เป็นวินาที) ฉัน- ความแรงปัจจุบัน (เป็นแอมแปร์) zคือจำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ

เงื่อนไขงาน

1. มวลของนิกเกิลจะถูกปลดปล่อยออกมาในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายนิกเกิลไนเตรตเป็นเวลา 1 ชั่วโมงที่กระแส 20 A?

2. จำเป็นต้องดำเนินการกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตที่ความแข็งแรงในปัจจุบันเพื่อให้ได้โลหะบริสุทธิ์ 0.005 กิโลกรัมภายใน 10 ชั่วโมง

3. มวลของทองแดงจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสของทองแดง (II) คลอไรด์ละลายเป็นเวลา 2 ชั่วโมงที่กระแส 50 A?

4. ใช้เวลานานแค่ไหนในการอิเล็กโทรไลต์สารละลายของซิงค์ซัลเฟตที่เป็นน้ำที่กระแส 120 A เพื่อให้ได้สังกะสี 3.5 กรัม

5. มวลของธาตุเหล็กจะถูกปลดปล่อยออกมาระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเหล็ก (III) ซัลเฟตที่กระแส 200 A เป็นเวลา 2 ชั่วโมง?

6. ที่ความแรงปัจจุบันที่จำเป็นในการดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายทองแดง (II) ไนเตรตเพื่อให้ได้โลหะบริสุทธิ์ 200 กรัมภายใน 15 ชั่วโมง?

7. ในช่วงเวลาใดที่จำเป็นในการดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมของเหล็ก (II) คลอไรด์ที่กระแส 30 A เพื่อให้ได้เหล็กบริสุทธิ์ 20 กรัม

8. ในปัจจุบันจำเป็นต้องดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายปรอท (II) ไนเตรตเพื่อให้ได้โลหะบริสุทธิ์ 0.5 กิโลกรัมภายใน 1.5 ชั่วโมง

9. จำเป็นต้องทำกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมคลอไรด์ละลายที่ความแข็งแรงในปัจจุบันเพื่อให้ได้โลหะบริสุทธิ์ 100 กรัมภายใน 1.5 ชั่วโมงหรือไม่

10. โพแทสเซียมคลอไรด์ที่หลอมละลายถูกอิเล็กโทรไลซิสเป็นเวลา 2 ชั่วโมงที่กระแส 5 A โลหะที่ได้จะทำปฏิกิริยากับน้ำที่มีน้ำหนัก 2 กก. ในกรณีนี้ได้ความเข้มข้นของสารละลายอัลคาไลเท่าใด

11. ต้องใช้สารละลายกรดไฮโดรคลอริก 30% กี่กรัมเพื่อให้ปฏิกิริยาสมบูรณ์กับเหล็กที่ได้จากการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายซัลเฟตของเหล็ก (III) เป็นเวลา 0.5 ชั่วโมงที่ความแรงกระแส
10 เอ?

12. ในกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสของการหลอมของอะลูมิเนียมคลอไรด์ ดำเนินการเป็นเวลา 245 นาทีที่กระแส 15 A ได้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ วิธีรับความร้อนจากอะลูมิเนียมสามารถรับเหล็กได้กี่กรัมเมื่ออะลูมิเนียมในมวลที่กำหนดทำปฏิกิริยากับเหล็ก (III) ออกไซด์

13. ต้องใช้สารละลาย KOH 12% ที่มีความหนาแน่น 1.111 g / ml กี่มิลลิลิตรในการทำปฏิกิริยากับอลูมิเนียม (ด้วยการก่อตัวของโพแทสเซียม tetrahydroxyaluminate) ที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอะลูมิเนียมซัลเฟตเป็นเวลา 300 นาทีที่กระแส 25 A ?

14. ต้องใช้สารละลายกรดซัลฟิวริก 20% ที่มีความหนาแน่น 1.139 กรัมต่อมิลลิลิตรกี่มิลลิลิตรเพื่อทำปฏิกิริยากับสังกะสีที่ได้จากการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายซิงค์ซัลเฟตเป็นเวลา 100 นาทีที่กระแสไฟ 55 A

15. ปริมาณไนตริกออกไซด์ (IV) (n.o.) จะได้รับเมื่อกรดไนตริกเข้มข้นร้อนทำปฏิกิริยากับโครเมียมที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโครเมียม (III) ซัลเฟตเป็นเวลา 100 นาทีที่กระแส 75 A

16. ปริมาณไนตริกออกไซด์ (II) (n.o.) จะได้รับเมื่อสารละลายกรดไนตริกส่วนเกินทำปฏิกิริยากับทองแดงที่ได้จากการแยกอิเล็กโทรไลซิสของคอปเปอร์ (II) คลอไรด์ละลายเป็นเวลา 50 นาทีที่ความแรงกระแส 10.5 A?

17. ในช่วงเวลาใดที่จำเป็นต้องทำอิเล็กโทรไลซิสของเหล็กละลาย (II) คลอไรด์ที่กระแส 30 A เพื่อให้ได้เหล็กที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาที่สมบูรณ์กับ 100 กรัมของสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 30%

18. ในช่วงเวลาใดที่จำเป็นต้องทำอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายนิกเกิลไนเตรตที่กระแส 15 A เพื่อให้ได้นิเกิลที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์กับ 200 กรัมของสารละลายกรดซัลฟิวริก 35% เมื่อถูกความร้อน

19. โซเดียมคลอไรด์ละลายถูกอิเล็กโทรไลต์ที่กระแส 20 A เป็นเวลา 30 นาที และโพแทสเซียมคลอไรด์ที่หลอมเหลวถูกอิเล็กโทรไลต์เป็นเวลา 80 นาทีที่กระแส 18 A โลหะทั้งสองถูกละลายในน้ำ 1 กิโลกรัม ค้นหาความเข้มข้นของด่างในสารละลายที่ได้

20. แมกนีเซียมที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของแมกนีเซียมคลอไรด์ละลายเป็นเวลา 200 นาทีที่ความแรงกระแส
10 A ละลายในสารละลายกรดซัลฟิวริก 25% 1.5 ลิตรที่มีความหนาแน่น 1.178 ก. / มล. ค้นหาความเข้มข้นของแมกนีเซียมซัลเฟตในสารละลายที่ได้

21. สังกะสีที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายซิงค์ซัลเฟตเป็นเวลา 100 นาทีที่ความแรงกระแส

17 A ถูกละลายใน 1 ลิตรของสารละลายกรดซัลฟิวริก 10% ที่มีความหนาแน่น 1.066 ก./มล. หาความเข้มข้นของซิงค์ซัลเฟตในสารละลายที่ได้

22. เหล็กที่ได้จากการแยกอิเล็กโทรไลซิสของเหล็กละลาย (III) คลอไรด์เป็นเวลา 70 นาทีที่กระแส 11 A ถูกทำให้เป็นผงและแช่ในสารละลายคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต 18% 300 กรัม หามวลทองแดงตกตะกอน

23. แมกนีเซียมที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของแมกนีเซียมคลอไรด์จะละลายเป็นเวลา 90 นาทีที่ความแรงกระแส
17 A ถูกแช่ในกรดไฮโดรคลอริกที่มากเกินไป หาปริมาตรและปริมาณไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมา (n.o.s.)

24. สารละลายของอะลูมิเนียมซัลเฟตถูกอิเล็กโทรไลซิสเป็นเวลา 1 ชั่วโมงที่กระแส 20 A ต้องใช้สารละลายกรดไฮโดรคลอริก 15% กี่กรัมเพื่อให้เกิดปฏิกิริยากับอะลูมิเนียมได้อย่างสมบูรณ์

25. ต้องใช้ออกซิเจนและอากาศกี่ลิตรสำหรับการเผาไหม้แมกนีเซียมที่สมบูรณ์ที่ได้จากการแยกอิเล็กโทรไลซิสของแมกนีเซียมคลอไรด์ที่ละลายเป็นเวลา 35 นาทีที่กระแส 22 A

ดูหมายเลขต่อไปนี้สำหรับคำตอบและวิธีแก้ปัญหา

ซึ่งไหลภายใต้การกระทำของกระแสไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดที่แช่ในสารละลายหรืออิเล็กโทรไลต์ที่หลอมเหลว

อิเล็กโทรดมีสองประเภท

ขั้วบวก ออกซิเดชัน.

แคโทดเป็นอิเล็กโทรดที่ การกู้คืน. ประจุลบมีแนวโน้มที่จะขั้วบวกเพราะมีประจุบวก แคโทดมีแนวโน้มที่จะเป็นแคโทดเนื่องจากมีประจุลบและตามกฎของฟิสิกส์จะมีประจุตรงข้ามดึงดูด ในกระบวนการไฟฟ้าเคมีใดๆ จะมีอิเล็กโทรดทั้งสองอยู่ อุปกรณ์ที่ทำอิเล็กโทรไลซิสเรียกว่าอิเล็กโทรไลเซอร์ ข้าว. หนึ่ง.

ลักษณะเชิงปริมาณของอิเล็กโทรไลซิสแสดงโดยกฎสองข้อของฟาราเดย์:

1) มวลของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์

2) ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบเคมีหลายชนิด กระแสไฟฟ้าในปริมาณเท่ากันจะปล่อยมวลสารออกมาบนอิเล็กโทรด ตามสัดส่วนกับค่าเทียบเท่าไฟฟ้าเคมี

กฎทั้งสองนี้สามารถรวมกันเป็นสมการเดียวได้:

ที่ไหน มคือมวลของสารที่ปล่อยออกมา g;

นคือจำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนในกระบวนการอิเล็กโทรด

Fคือหมายเลขฟาราเดย์ ( F=96485 C/โมล)

ฉัน– ความแรงของกระแส A;

t– เวลา s;

เอ็มคือมวลโมลาร์ของสารที่ปล่อยออกมา g/mol

ด้วยกระแสไฟฟ้า สารละลายน้ำกระบวนการอิเล็กโทรดมีความซับซ้อนเนื่องจากการแข่งขันของไอออน (โมเลกุลของน้ำสามารถมีส่วนร่วมในอิเล็กโทรไลซิส) การฟื้นตัวที่แคโทดเกิดจากตำแหน่งของโลหะในชุดศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน

ไอออนบวกของโลหะซึ่งมีศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานสูงกว่าไฮโดรเจน (ตั้งแต่ Cu2+ ถึง Au3+) จะลดลงเกือบทั้งหมดที่ขั้วลบระหว่างอิเล็กโทรไลซิส Me n+ + nē →Me โลหะไอออนบวกที่มีศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานต่ำ (รวม Li2+ สูงถึง Al3+) จะไม่ลดลงที่ขั้วลบ แต่โมเลกุลของน้ำจะลดลงแทน 2H2O + 2ē → H2 + 2OH- ไอออนบวกของโลหะที่มีศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานน้อยกว่าไฮโดรเจน แต่มากกว่าอะลูมิเนียม (จาก Mn2+ ถึง H) จะลดลงพร้อมกันกับโมเลกุลของน้ำในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสที่แคโทด Me n+ + nē → Me 2H2O + 2ē → H2 + 2OH- เมื่อมีไอออนบวกหลายตัวในสารละลาย ไอออนบวกของโลหะที่มีปฏิกิริยาน้อยที่สุดจะลดลงก่อนอื่นบนแคโทด

ตัวอย่างโซเดียมซัลเฟต (Na2SO4)

Na2SO4↔ 2Na++ SO42-

แคโทด: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-

ขั้วบวก: 2H2O - 4e → O2 + 4H+

4OH-- 4H+→ 4H2O

โดยอิเล็กโทรไลซิส ละลายได้รับโลหะปฏิกิริยาหลายชนิด ในระหว่างการแยกตัวของโซเดียมซัลเฟตละลาย โซเดียมไอออนและซัลเฟตไอออนจะเกิดขึ้น

Na2SO4 → 2Na+ + SO42−

- โซเดียมถูกปล่อยออกมาที่แคโทด:

Na+ + 1e− → Na

– ออกซิเจนและซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI) ถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก:

2SO42− − 4 e− → 2SO3 + О2

- สมการไอออนิกรวมของปฏิกิริยา (สมการของกระบวนการแคโทดคูณด้วย 4)

4 Na+ + 2SO42− → 4 Na 0 + 2SO3 + O2

- ปฏิกิริยาทั้งหมด:

4 Na2SO44 นา 0 + 2SO3 + O2

อิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลว

เพื่อให้ได้โลหะที่มีฤทธิ์สูง (โซเดียม อะลูมิเนียม แมกนีเซียม แคลเซียม ฯลฯ) ซึ่งทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่าย จะใช้อิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลวหรือออกไซด์:

1. อิเล็กโทรไลซิสของทองแดง (II) คลอไรด์ละลาย

กระบวนการอิเล็กโทรดสามารถแสดงเป็นปฏิกิริยาครึ่งเดียว:

ที่แคโทด K(-): Сu 2+ + 2e = Cu 0 - การลดขั้วลบ

ที่ขั้วบวก A (+): 2Cl - - 2e \u003d Cl 2 - ออกซิเดชันขั้วบวก

ปฏิกิริยาโดยรวมของการสลายตัวทางไฟฟ้าเคมีของสารคือผลรวมของปฏิกิริยาครึ่งอิเล็กโทรดสองปฏิกิริยา และสำหรับคอปเปอร์คลอไรด์ จะแสดงโดยสมการ:

Cu 2+ + 2 Cl - \u003d Cu + Cl 2

ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของอัลคาไลและเกลือของกรดออกโซ ออกซิเจนจะถูกปล่อยที่แอโนด:

4OH - - 4e \u003d 2H 2 O + O 2

2SO 4 2– - 4e \u003d 2SO 3 + O 2

2. โพแทสเซียมคลอไรด์ละลายอิเล็กโทรไลซิส:

สารละลายอิเล็กโทรลิซิส

การรวมกันของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดในสารละลายอิเล็กโทรไลต์หรือละลายเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส

บนแคโทด "-" ของแหล่งกำเนิดปัจจุบัน กระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังไอออนบวกจากสารละลายหรือหลอมเหลวเกิดขึ้น ดังนั้นแคโทดจึงเป็น "ตัวรีดิวซ์"

ที่ขั้วบวก "+" อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยโดยประจุลบ ดังนั้นขั้วบวกจึงเป็น "ตัวออกซิไดซ์"

ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส กระบวนการที่แข่งขันกันสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งที่แอโนดและที่แคโทด

เมื่อดำเนินการอิเล็กโทรลิซิสโดยใช้แอโนดเฉื่อย (ไม่สิ้นเปลือง) (เช่น กราไฟต์หรือแพลตตินัม) ตามกฎแล้ว กระบวนการออกซิเดชันสองกระบวนการและการรีดักชันสองกระบวนการจะแข่งขันกัน:
ที่ขั้วบวก - ออกซิเดชันของประจุลบและไฮดรอกไซด์ไอออน
ที่แคโทด - การลดลงของไพเพอร์และไฮโดรเจนไอออน

เมื่ออิเล็กโทรลิซิสดำเนินการโดยใช้แอโนด (วัสดุสิ้นเปลือง) แบบแอคทีฟ กระบวนการจะซับซ้อนมากขึ้น และปฏิกิริยาที่แข่งขันกันบนอิเล็กโทรดคือ:
ที่ขั้วบวก - การเกิดออกซิเดชันของประจุลบและไอออนของไฮดรอกไซด์, การละลายแบบขั้วบวกของโลหะ - วัสดุของขั้วบวก;
ที่แคโทด - การลดลงของไอออนบวกของเกลือและไฮโดรเจนไอออน การลดลงของไอออนบวกของโลหะที่ได้จากการละลายแอโนด

เมื่อเลือกกระบวนการที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดที่ขั้วบวกและขั้วลบ เราควรดำเนินการจากตำแหน่งที่ปฏิกิริยาที่ต้องใช้พลังงานน้อยที่สุดจะดำเนินการต่อไป นอกจากนี้ ในการเลือกกระบวนการที่เป็นไปได้มากที่สุดที่ขั้วบวกและขั้วลบระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือด้วยอิเล็กโทรดเฉื่อย จะใช้กฎต่อไปนี้:

1. ผลิตภัณฑ์ต่อไปนี้อาจเกิดขึ้นที่ขั้วบวก:

ก) ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายที่มีแอนไอออน SO 4 2-, NO - 3, PO 4 3- เช่นเดียวกับสารละลายอัลคาไลบนแอโนด น้ำจะถูกออกซิไดซ์และปล่อยออกซิเจน

A + 2H 2 O - 4e - \u003d 4H + + O 2

b) ในระหว่างการออกซิเดชันของแอนไอออน Cl - , Br - , I - คลอรีน, โบรมีน, ไอโอดีนจะถูกปล่อยออกมาตามลำดับ;

A + Cl - + e - \u003d Cl 0

2. ผลิตภัณฑ์ต่อไปนี้สามารถก่อตัวขึ้นบนแคโทด:

ก) ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือที่มีไอออนอยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าทางด้านซ้ายของ Al 3+ น้ำจะลดลงบนแคโทดและปล่อยไฮโดรเจน

K - 2H 2 O + 2e - \u003d H 2 + 2OH -

b) ถ้าไอออนของโลหะอยู่ในชุดแรงดันไฟฟ้าทางด้านขวาของไฮโดรเจน โลหะจะถูกปล่อยที่แคโทด

K - ฉัน n + + ne - \u003d ฉัน 0

c) ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือที่มีไอออนอยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าระหว่าง Al + และ H + กระบวนการแข่งขันของทั้งการลดไอออนบวกและวิวัฒนาการของไฮโดรเจนอาจเกิดขึ้นที่แคโทด

ตัวอย่าง: อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายซิลเวอร์ไนเตรทในน้ำบนอิเล็กโทรดเฉื่อย

การแยกตัวของซิลเวอร์ไนเตรต:

AgNO 3 \u003d Ag + + NO 3 -

ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำของ AgNO 3 ไอออนของ Ag + จะลดลงที่ขั้วลบ และโมเลกุลของน้ำจะถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก:

แคโทด: Ag + + e = A g

แอโนด: 2H 2 O - 4e \u003d 4H + + O 2

สมการสรุป:______________________________________________

4AgNO 3 + 2H 2 O \u003d 4Ag + 4HNO 3 + O 2

ทำโครงร่างสำหรับอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำ: ก) คอปเปอร์ซัลเฟต; b) แมกนีเซียมคลอไรด์ c) โพแทสเซียมซัลเฟต

ในทุกกรณี อิเล็กโทรไลซิสจะดำเนินการโดยใช้อิเล็กโทรดคาร์บอน

ตัวอย่าง: อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายคอปเปอร์คลอไรด์ในน้ำบนอิเล็กโทรดเฉื่อย

การแยกตัวของคอปเปอร์คลอไรด์:

CuCl 2 ↔ Сu 2+ + 2Cl -

สารละลายประกอบด้วย Cu 2+ และ 2Cl - ไอออนซึ่งภายใต้การกระทำของกระแสไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังอิเล็กโทรดที่เกี่ยวข้อง:

แคโทด - Cu 2+ + 2e = Cu 0

แอโนด + 2Cl - - 2e = Cl 2

_______________________________

CuCl 2 \u003d Cu + Cl 2

ทองแดงที่เป็นโลหะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ และก๊าซคลอรีนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก

หากในตัวอย่างที่พิจารณาแล้วของอิเล็กโทรลิซิสของสารละลาย CuCl 2 แผ่นทองแดงถูกนำมาเป็นแอโนด จากนั้นทองแดงจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วลบ และที่ขั้วบวก ซึ่งเกิดกระบวนการออกซิเดชัน แทนที่จะปล่อย Cl 0 ไอออนและปล่อยคลอรีน , ขั้วบวก (ทองแดง) ถูกออกซิไดซ์

ในกรณีนี้ แอโนดเองจะละลาย และในรูปของไอออน Cu 2+ ก็จะเข้าสู่สารละลาย

อิเล็กโทรลิซิสของ CuCl 2 ที่มีแอโนดที่ละลายน้ำได้สามารถเขียนได้ดังนี้:

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือที่มีแอโนดที่ละลายน้ำได้จะลดลงจนถึงการเกิดออกซิเดชันของวัสดุแอโนด (การละลาย) และมาพร้อมกับการถ่ายโอนโลหะจากแอโนดไปยังแคโทด คุณสมบัตินี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการกลั่น (การทำให้บริสุทธิ์) ของโลหะจากการปนเปื้อน

ตัวอย่าง: อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายแมกนีเซียมคลอไรด์ในน้ำบนอิเล็กโทรดเฉื่อย

การแยกตัวของแมกนีเซียมคลอไรด์ในสารละลายที่เป็นน้ำ:

MgCl 2 ↔ Mg 2+ + 2Cl -

ไอออนของแมกนีเซียมไม่สามารถลดลงได้ในสารละลายที่เป็นน้ำ (ลดน้ำลง) ไอออนของคลอไรด์จะถูกออกซิไดซ์

โครงการอิเล็กโทรลิซิส:

ตัวอย่าง: อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตในน้ำบนอิเล็กโทรดเฉื่อย

ในสารละลาย คอปเปอร์ซัลเฟตจะแยกตัวออกเป็นไอออน:

CuSO 4 \u003d Cu 2+ + SO 4 2-

ไอออนของทองแดงสามารถลดลงได้ที่แคโทดในสารละลายที่เป็นน้ำ

ซัลเฟตไอออนในสารละลายในน้ำจะไม่ถูกออกซิไดซ์ ดังนั้นน้ำจะถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก

โครงการอิเล็กโทรลิซิส:

อิเล็กโทรลิซิสของสารละลายที่เป็นน้ำของเกลือของโลหะที่ออกฤทธิ์และกรดที่มีออกซิเจน (K 2 SO 4) บนอิเล็กโทรดเฉื่อย

ตัวอย่าง: การแตกตัวของโพแทสเซียมซัลเฟตในสารละลายที่เป็นน้ำ:

K 2 SO 4 \u003d 2K + + SO 4 2-

โพแทสเซียมไอออนและซัลเฟตไอออนไม่สามารถถูกปล่อยออกมาที่อิเล็กโทรดในสารละลายที่เป็นน้ำ ดังนั้น การลดลงจะเกิดขึ้นที่แคโทด และน้ำจะถูกออกซิไดซ์ที่แอโนด

โครงการอิเล็กโทรลิซิส:

หรือเนื่องจาก 4H + + 4OH - \u003d 4H 2 O (ดำเนินการด้วยการกวน)

H 2 O 2H 2 + O 2

หากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสารละลายที่เป็นน้ำของเกลือของโลหะที่ออกฤทธิ์และกรดที่มีออกซิเจน ไอออนของโลหะหรือไอออนของกรดที่ตกค้างจะไม่ถูกปล่อยออกมา

ไฮโดรเจนถูกปล่อยออกมาที่แคโทด และออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่แอโนด และอิเล็กโทรลิซิสจะลดลงจนถึงการสลายตัวด้วยไฟฟ้าของน้ำ

อิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมไฮดรอกไซด์ละลาย

อิเล็กโทรไลซิสของน้ำจะดำเนินการในที่ที่มีอิเล็กโทรไลต์เฉื่อยเสมอ (เพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอมาก - น้ำ):

กฎของฟาราเดย์

การพึ่งพาปริมาณของสารที่เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของกระแสไฟฟ้าตรงเวลา ความแรงของกระแส และลักษณะของอิเล็กโทรไลต์สามารถกำหนดได้บนพื้นฐานของกฎทั่วไปของฟาราเดย์:

โดยที่ m คือมวลของสารที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิส (g)

E - มวลเทียบเท่าของสาร (g / mol);

M คือมวลโมลาร์ของสาร (g/mol);

n คือจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับหรือได้รับ

ผม - ความแรงปัจจุบัน (A); t คือระยะเวลาของกระบวนการ (s);

F - ค่าคงที่ของฟาราเดย์ซึ่งระบุลักษณะปริมาณไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการปลดปล่อยสาร 1 มวลที่เท่ากัน (F = 96,500 C/mol = 26.8 Ah/mol)

ไฮโดรไลซิสของสารประกอบอนินทรีย์

ปฏิกิริยาระหว่างเกลือไอออนกับน้ำ ทำให้เกิดโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์อ่อนๆ เรียกว่า เกลือไฮโดรไลซิส

หากเราพิจารณาเกลือเป็นผลพลอยได้จากการทำให้เบสเป็นกลางด้วยกรด เกลือสามารถแบ่งออกเป็นสี่กลุ่ม โดยแต่ละกลุ่มจะดำเนินการไฮโดรไลซิสในลักษณะของตัวเอง

1. เกลือที่เกิดจากเบสแก่และกรดแก่ KBr, NaCl, NaNO 3) จะไม่ถูกไฮโดรไลซิส เนื่องจากในกรณีนี้ อิเล็กโทรไลต์อ่อนจะไม่เกิด ปฏิกิริยาของตัวกลางยังคงเป็นกลาง

2. ในเกลือที่เกิดจากเบสอ่อนและกรดแก่ FeCl 2, NH 4 Cl, Al 2 (SO 4) 3, MgSO 4) ไอออนบวกผ่านการไฮโดรไลซิส:

FeCl 2 + HOH → Fe(OH)Cl + HCl

Fe 2+ + 2Cl - + H + + OH - → FeOH + + 2Cl - + H +

อันเป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสทำให้เกิดอิเล็กโทรไลต์อ่อน H + ไอออนและไอออนอื่น ๆ สารละลายpH< 7 (раствор приобретает кислую реакцию).

3. เกลือที่เกิดจากเบสแก่และกรดอ่อน (KClO, K 2 SiO 3 , Na 2 CO 3 , CH 3 COONa) ผ่านการไฮโดรไลซิสด้วยประจุลบ ส่งผลให้เกิดอิเล็กโทรไลต์อ่อน ไฮดรอกไซด์ไอออน และไอออนอื่นๆ

K 2 SiO 3 + HOH → KHSiO 3 + KOH

2K + +SiO 3 2- + H + + OH - → HSiO 3 - + 2K + + OH -

ค่า pH ของสารละลายดังกล่าวคือ > 7 (สารละลายจะได้ปฏิกิริยาอัลคาไลน์)

4. เกลือที่เกิดจากเบสอ่อนและกรดอ่อน (CH 3 COONH 4, (NH 4) 2 CO 3, Al 2 S 3) ถูกไฮโดรไลซ์ทั้งโดยไอออนบวกและไอออนลบ เป็นผลให้เกิดเบสและกรดที่แตกตัวต่ำ ค่า pH ของสารละลายของเกลือดังกล่าวขึ้นอยู่กับความแข็งแรงสัมพัทธ์ของกรดและเบส

อัลกอริทึมสำหรับการเขียนสมการปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเกลือของกรดอ่อนและเบสแก่

มีหลายทางเลือกสำหรับการไฮโดรไลซิสของเกลือ:

1. ไฮโดรไลซิสของเกลือของกรดอ่อนและเบสแก่: (CH 3 COONa, KCN, Na 2 CO 3)

ตัวอย่างที่ 1 ไฮโดรไลซิสของโซเดียมอะซิเตท

หรือ CH 3 COO - + Na + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + Na + + OH -

CH 3 COO - + H 2 O ↔ CH 3 COOH + OH -

เนื่องจากกรดอะซิติกแยกตัวออกเล็กน้อย ไอออนอะซิเตทจะจับกับไอออน H + และสมดุลของการแตกตัวของน้ำจะเลื่อนไปทางขวาตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์

OH - ไอออนสะสมในสารละลาย (pH > 7)

หากเกลือเกิดจากกรดโพลิเบสิก การไฮโดรไลซิสจะดำเนินการเป็นขั้นตอน

ตัวอย่างเช่น คาร์บอเนตไฮโดรไลซิส: Na 2 CO 3

ด่าน I: CO 3 2– + H 2 O ↔ HCO 3 – + OH –

ด่าน II: HCO 3 - + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH -

Na 2 CO 3 + H 2 O \u003d NaHCO 3 + NaOH

ความสำคัญในทางปฏิบัติมักจะเป็นเพียงกระบวนการที่ผ่านขั้นตอนแรกซึ่งตามกฎแล้วมีข้อ จำกัด เมื่อประเมินการไฮโดรไลซิสของเกลือ

สมดุลของการไฮโดรไลซิสในระยะที่สองจะเลื่อนไปทางซ้ายอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับสมดุลของระยะแรก เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนกว่า (HCO 3 -) จะเกิดขึ้นในระยะแรกมากกว่าในระยะที่สอง (H 2 CO 3)

ตัวอย่างที่ 2 . ไฮโดรไลซิสของรูบิเดียมออร์โธฟอสเฟต

1. กำหนดประเภทของไฮโดรไลซิส:

Rb3PO4 ↔ 3Rb + + ป 4 3–

รูบิเดียมเป็นโลหะอัลคาไล ไฮดรอกไซด์ของมันคือเบสแก่ กรดฟอสฟอริก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระยะที่สามของการแยกตัว ซึ่งสอดคล้องกับการก่อตัวของฟอสเฟต เป็นกรดอ่อน

เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสประจุลบ

PO 3- 4 + H–OH ↔ HPO 2- 4 + OH – .

ผลิตภัณฑ์ - ไฮโดรฟอสเฟตและไฮดรอกไซด์ไอออน ปานกลาง - อัลคาไลน์

3. เราเขียนสมการโมเลกุล:

Rb 3 PO 4 + H 2 O ↔ Rb 2 HPO 4 + RbOH

เราได้เกลือที่เป็นกรด - รูบิเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟต

อัลกอริทึมสำหรับการเขียนสมการปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเกลือของกรดแก่และเบสอ่อน

2. ไฮโดรไลซิสของเกลือของกรดแก่และเบสอ่อน: NH 4 NO 3, AlCl 3, Fe 2 (SO 4) 3

ตัวอย่างที่ 1 การไฮโดรไลซิสของแอมโมเนียมไนเตรต

NH 4 + + NO 3 - + H 2 O ↔ NH 4 OH + NO 3 - + H +

NH 4 + + H 2 O ↔ NH 4 OH + H +

ในกรณีของประจุบวกที่มีประจุหลายตัว การไฮโดรไลซิสจะดำเนินการเป็นขั้นตอน เช่น

ด่าน I: Cu 2+ + HOH ↔ CuOH + + H +

ด่าน II: CuOH + + HOH ↔ Cu(OH) 2 + H +

CuCl 2 + H 2 O \u003d CuOHCl + HCl

ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนและ pH ของตัวกลางในสารละลายจะถูกกำหนดโดยขั้นตอนแรกของการไฮโดรไลซิสเป็นหลัก

ตัวอย่างที่ 2 ไฮโดรไลซิสของคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต

1. กำหนดประเภทของไฮโดรไลซิส ในขั้นตอนนี้ จำเป็นต้องเขียนสมการการแยกตัวของเกลือ:

CuSO4 ↔ Cu 2+ + SO2-4

เกลือเกิดจากไอออนบวกของเบสอ่อน (ขีดเส้นใต้) และไอออนของกรดแก่ ไฮโดรไลซิสเกิดขึ้นที่ไอออนบวก

2. เราเขียนสมการไฮโดรไลซิสไอออนิกกำหนดสภาพแวดล้อม:

Cu 2+ + H-OH ↔ CuOH + + H + .

ตัวกลางเป็นกรด

3. เราสร้างสมการโมเลกุล

ควรคำนึงว่าการรวบรวมสมการดังกล่าวเป็นงานที่เป็นทางการบางอย่าง จากอนุภาคบวกและลบในสารละลาย เราประกอบเป็นอนุภาคที่เป็นกลางซึ่งมีอยู่บนกระดาษเท่านั้น ในกรณีนี้ เราสามารถสร้างสูตร (CuOH) 2 SO 4 ได้ แต่สำหรับสิ่งนี้ เราต้องคูณสมการไอออนิกด้วยสอง

เราได้รับ:

2CuSO 4 + 2H 2 O ↔ (CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4

โปรดทราบว่าผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอยู่ในกลุ่มของเกลือพื้นฐาน ชื่อของเกลือพื้นฐาน เช่นเดียวกับชื่อของเกลือกลาง ควรประกอบด้วยชื่อของไอออนลบและไอออนบวก ในกรณีนี้ เราจะเรียกเกลือว่า "ไฮดรอกโซเมดี(II) ซัลเฟต"

อัลกอริทึมสำหรับการเขียนสมการปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเกลือของกรดอ่อนและเบสอ่อน

3. ไฮโดรไลซิสของเกลือของกรดอ่อนและเบสอ่อน:

ตัวอย่างที่ 1 ไฮโดรไลซิสของแอมโมเนียมอะซิเตต

CH 3 COO - + NH 4 + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + NH 4 OH

ในกรณีนี้จะเกิดสารประกอบที่แยกตัวออกเล็กน้อยสองชนิด และค่าความเป็นกรด - ด่างของสารละลายขึ้นอยู่กับความแข็งแรงสัมพัทธ์ของกรดและเบส

หากผลิตภัณฑ์ไฮโดรไลซิสสามารถขจัดออกจากสารละลายได้ เช่น ในรูปของตะกอนหรือสารที่เป็นก๊าซ การไฮโดรไลซิสจะดำเนินไปจนเสร็จสิ้น

ตัวอย่างที่ 2 ไฮโดรไลซิสของอะลูมิเนียมซัลไฟด์

อัล 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 S

2A l 3+ + 3 S 2- + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 (ตกตะกอน) + ZN 2 S (แก๊ส)

ตัวอย่างที่ 3 ไฮโดรไลซิสของอะลูมิเนียมอะซิเตท

1. กำหนดประเภทของไฮโดรไลซิส:

อัล(CH 3 COO) 3 = อัล 3+ + 3CH 3 ซีโอโอ – .

เกลือเกิดจากไอออนบวกของเบสอ่อนและแอนไอออนของกรดอ่อน

2. เราเขียนสมการไฮโดรไลซิสไอออนิกกำหนดสภาพแวดล้อม:

อัล 3+ + H–OH ↔ AlOH 2+ + H + ,

CH 3 COO - + H-OH ↔ CH 3 COOH + OH - .

เมื่อพิจารณาว่าอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นเบสที่อ่อนมาก เราคิดว่าการไฮโดรไลซิสที่ไอออนบวกจะดำเนินการในระดับที่มากกว่าที่ไอออนลบ ดังนั้นจะมีไฮโดรเจนไอออนในสารละลายมากเกินไป และสิ่งแวดล้อมจะเป็นกรด

อย่าพยายามสร้างสมการรวมของปฏิกิริยาที่นี่ ปฏิกิริยาทั้งสองสามารถย้อนกลับได้ ไม่มีทางเชื่อมต่อกัน และผลรวมดังกล่าวก็ไม่มีความหมาย

3 . เราเขียนสมการโมเลกุล:

อัล (CH 3 COO) 3 + H 2 O \u003d AlOH (CH 3 COO) 2 + CH 3 COOH

นี่เป็นแบบฝึกหัดอย่างเป็นทางการในการฝึกสูตรเกลือและศัพท์เฉพาะ เกลือที่ได้จะเรียกว่าไฮดรอกโซอลูมินัมอะซิเตท

อัลกอริทึมสำหรับการเขียนสมการปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเกลือของกรดแก่และเบสแก่

4. เกลือที่เกิดจากกรดแก่และเบสแก่จะไม่ถูกไฮโดรไลซิสเพราะ สารประกอบที่มีความแตกตัวต่ำเพียงชนิดเดียวคือ H 2 O

เกลือของกรดแก่และเบสแก่จะไม่ถูกไฮโดรไลซิสและสารละลายเป็นกลาง