Modul 2. Kimyoning asosiy jarayonlari va moddalar xossalari

№7 laboratoriya

Mavzu: Suvli tuz eritmalarining elektrolizi

elektroliz orqali eritma yoki elektrolit eritmasidan elektr toki o'tganda elektrodlarda sodir bo'ladigan oksidlanish-qaytarilish jarayoni deb ataladi.

Elektrolit eritmasi yoki eritmasidan doimiy elektr toki o‘tkazilganda kationlar katodga, anionlar esa anodga qarab harakatlanadi. Elektrodlarda oksidlanish-qaytarilish jarayonlari sodir bo'ladi; Katod qaytaruvchi vositadir, chunki u elektronlarni kationlarga beradi, anod esa oksidlovchi vositadir, chunki u anionlardan elektronlarni qabul qiladi. Elektrodlarda sodir bo'ladigan reaktsiyalar elektrolitlar tarkibiga, erituvchining tabiatiga, elektrodlarning materialiga va hujayraning ishlash rejimiga bog'liq.

Kaltsiy xlorid eritmasining elektroliz jarayonining kimyosi:

CaCl 2 ↔ Ca 2+ + 2Cl -

katodda Ca 2+ + 2e → Ca °

anodda 2Cl - - 2e → 2C1 ° → C1 2

Erimaydigan anodda kaliy sulfat eritmasining elektrolizi sxematik tarzda quyidagicha ko'rinadi:

K 2 SO 4 ↔ 2K + + SO 4 2 -

H 2 O ↔ H + + OH -

katodda 2N + + 2e→2N°→ N 2 2

anodda 4OH - 4e → O 2 + 4H + 1

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

Ishning maqsadi: tuz eritmalarining elektrolizi bilan tanishish.

Uskunalar va jihozlar: elektr tokini to'g'irlash moslamasi, elektrolizator, uglerod elektrodlari, zımpara, stakan, yuvish mashinasi.

Guruch. 1. Amalga oshirish uchun qurilma

elektroliz

1 - elektrolizator;

2 - elektrodlar;

3-o'tkazuvchan simlar; DC manbai.

Reaktivlar va eritmalar: Mis xlorid SuS1 2, kaliy yodid KI ning 5% li eritmalari , kaliy vodorod sulfat KHSO 4 , natriy sulfat Na 2 SO 4 , mis sulfat CuSO 4 , rux sulfat ZnSO 4 , 20% natriy gidroksid eritmasi NaOH, mis va nikel plitalari, fenolftalein eritmasi, nitrat kislotasi (kons. eritma , neytral lakmus qog'ozi, 10% sulfat kislota eritmasi H 2 SO 4 .

Tajriba 1. Mis xloridni erimaydigan elektrodlar bilan elektroliz qilish

Elektrolizatorni yarim hajmgacha 5% mis xlorid eritmasi bilan to'ldiring. Grafit tayog'ini elektrolizatorning ikkala tizzasiga tushiring, ularni segmentlarga va kauchuk trubkaga bo'shashmasdan mahkamlang. Elektrodlarning uchlarini o'tkazgichlar bilan to'g'ridan-to'g'ri oqim manbalariga ulang. Agar ozgina xlor hidi bo'lsa, darhol elektrolizatorni quvvat manbaidan uzing. Katodda nima sodir bo'ladi? Elektrod reaksiyalari tenglamalarini tuzing.

Tajriba 2. Kaliy yodidni erimaydigan elektrodlar bilan elektroliz qilish

Elektrolitik hujayrani 5% kaliy yodid eritmasi bilan to'ldiring, . har bir tizzaga 2 tomchi fenolftalein qo'shing. joylashtirish ichida elektrolizator grafit elektrodlarining har bir tizzasi va ularni to'g'ridan-to'g'ri oqim manbaiga ulang.

Qaysi tizzada va nima uchun eritma rangga aylandi? Har bir tizzaga 1 tomchi kraxmal pastasini qo'shing. Yod qayerda va nima uchun chiqariladi? Elektrod reaksiyalari tenglamalarini tuzing. Katod fazoda nima hosil bo'ladi?

Tajriba 3. Natriy sulfatning erimaydigan elektrodlar bilan elektrolizi

Elektrolizator hajmining yarmini 5% natriy sulfat eritmasi bilan to'ldiring va har bir tizzaga 2 tomchi metil apelsin yoki lakmus qo'shing. Elektrodlarni ikkala tizzaga joylashtiring va ularni to'g'ridan-to'g'ri oqim manbaiga ulang. Kuzatishlaringizni yozing. Nima uchun elektrolitlar eritmalari turli elektrodlarda turli rangga aylandi? Elektrod reaksiyalari tenglamalarini tuzing. Elektrodlarda qanday gazlar va nima uchun chiqariladi? Natriy sulfatning suvli eritmasini elektroliz qilish jarayonining mohiyati nimada

ELEKTROLIZ

Metalllarni olish usullaridan biri elektrolizdir. Faol metallar tabiatda faqat kimyoviy birikmalar holida uchraydi. Bu birikmalardan erkin holatda qanday ajratish mumkin?

Elektrolitlarning eritmalari va eritmalari elektr tokini o'tkazadi. Biroq, elektrolit eritmasidan oqim o'tkazilsa, kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lishi mumkin. Ikkita metall plastinka elektrolitlar eritmasiga yoki eritmaga joylashtirilsa, nima bo'lishini ko'rib chiqing, ularning har biri oqim manbai qutblaridan biriga ulangan. Ushbu plitalar elektrodlar deb ataladi. Elektr toki - elektronlarning harakatlanuvchi oqimi. Zanjirdagi elektronlarning bir elektroddan ikkinchisiga o'tishi natijasida elektrodlarning birida ortiqcha elektronlar paydo bo'ladi. Elektronlar manfiy zaryadga ega, shuning uchun bu elektrod manfiy zaryadlanadi. U katod deb ataladi. Boshqa elektrodda elektronlar etishmasligi hosil bo'ladi va u musbat zaryadlanadi. Ushbu elektrod anod deb ataladi. Eritma yoki eritmadagi elektrolitlar musbat zaryadlangan ionlarga - kationlarga va manfiy zaryadlangan ionlarga - anionlarga ajraladi. Kationlar manfiy zaryadlangan elektrod - katodga tortiladi. Anionlar musbat zaryadlangan elektrodga - anodga tortiladi. Elektrodlar yuzasida ionlar va elektronlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir sodir bo'lishi mumkin.

Elektroliz elektrolitlar eritmalari yoki eritmalari orqali elektr toki o'tganda sodir bo'ladigan jarayonlarni anglatadi.

Eritmalarni va elektrolitlar eritmalarini elektroliz qilish jarayonida sodir bo'ladigan jarayonlar butunlay boshqacha. Keling, ushbu ikkala holatni batafsil ko'rib chiqaylik.

Eritma elektrolizi

Misol tariqasida, natriy xlorid eritmasining elektrolizini ko'rib chiqing. Eritmada natriy xlorid ionlarga ajraladi Na+
va Cl - : NaCl = Na + + Cl -

Natriy kationlari manfiy zaryadlangan elektrod - katod yuzasiga o'tadi. Katod yuzasida ortiqcha elektronlar mavjud. Shuning uchun elektrod yuzasidan natriy ionlariga elektronlarning o'tishi mavjud. Shu bilan birga, ionlar Na+ natriy atomlariga aylanadi, ya'ni kationlar qaytariladi Na+ . Jarayon tenglamasi:

Na + + e - = Na

Xlorid ionlari Cl - musbat zaryadlangan elektrod - anod yuzasiga o'ting. Anod yuzasida elektronlar etishmasligi hosil bo'ladi va elektronlar anionlardan o'tkaziladi Cl- elektrod yuzasiga. Shu bilan birga, manfiy zaryadlangan ionlar Cl- xlor atomlariga aylanadi va ular darhol xlor molekulalarini hosil qilish uchun C hosil qiladi l2 :

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

Xlorid ionlari elektronlarini yo'qotadi, ya'ni ular oksidlanadi.

Keling, katod va anodda sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini birgalikda yozamiz

Na + + e - = Na

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

Bir elektron natriy kationlarining qaytarilish jarayonida, 2 ta elektron xlor ionlarining oksidlanish jarayonida ishtirok etadi. Lekin elektr zaryadining saqlanish qonuniga rioya qilish kerak, ya'ni eritmadagi barcha zarrachalarning umumiy zaryadi doimiy bo'lishi kerak.Shuning uchun natriy kationlarining qaytarilishida ishtirok etadigan elektronlar soni elektronlar soniga teng bo'lishi kerak. xlorid ionlarining oksidlanishida ishtirok etadi.Shuning uchun birinchi tenglamani 2 ga ko'paytiramiz:

Na + + e - \u003d Na 2

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

Ikkala tenglamani birga qo'shamiz va reaksiya uchun umumiy tenglamani olamiz.

2 Na + + 2C l - \u003d 2 Na + Cl 2 (ionli reaksiya tenglamasi), yoki

2 NaCl \u003d 2 Na + Cl 2 (molekulyar reaksiya tenglamasi)

Shunday qilib, ko'rib chiqilgan misolda biz elektrolizning oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi ekanligini ko'ramiz. Katodda musbat zaryadlangan ionlar - kationlar, anodda - manfiy zaryadlangan ionlar - anionlarning oksidlanishi. Qaysi jarayon qaerda sodir bo'lishini eslash uchun siz "T qoidasi" dan foydalanishingiz mumkin:

katod - kation - qaytarilish.

2-misolNatriy gidroksid eritmasining elektrolizi.

Eritmadagi natriy gidroksid kationlar va gidroksid ionlariga ajraladi.

Katod (-)<-- Na + + OH - à Анод (+)

Katod yuzasida natriy kationlari kamayadi va natriy atomlari hosil bo'ladi:

katod (-) Na + +e à Na

Gidroksid ionlari anod yuzasida oksidlanadi, kislorod chiqariladi va suv molekulalari hosil bo'ladi:

katod (-) Na + + e à Na

anod (+)4 OH - - 4 e à 2 H 2 O + O 2

Natriy kationlarining qaytarilish reaksiyasida va gidroksid ionlarining oksidlanish reaksiyasida ishtirok etuvchi elektronlar soni bir xil bo‘lishi kerak. Shunday qilib, birinchi tenglamani 4 ga ko'paytiramiz:

katod (-) Na + + e à Na 4

anod (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2 1

Ikkala tenglamani birlashtirib, elektroliz reaktsiyasi tenglamasini olamiz:

4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2

3-misolEritmaning elektrolizlanishini ko'rib chiqing Al2O3

Ushbu reaksiya yordamida alyuminiy boksitdan, alyuminiy oksidi ko'p bo'lgan tabiiy birikmadan olinadi. Alyuminiy oksidining erish nuqtasi juda yuqori (2000º C dan yuqori), shuning uchun unga maxsus qo'shimchalar qo'shilib, erish nuqtasini 800-900º S ga tushiradi. Eritmada alyuminiy oksidi ionlarga ajraladi. Al 3+ va O 2-. H katodda kationlar kamayadi Al 3+ , alyuminiy atomlariga aylanadi:

Al +3 e a Al

Anionlar anodda oksidlanadi O 2- kislorod atomlariga aylanadi. Kislorod atomlari darhol O 2 molekulalariga birlashadi:

2 O 2- – 4 e à O 2

Alyuminiy kationlarining qaytarilishida va kislorod ionlarining oksidlanishida ishtirok etadigan elektronlar soni teng bo'lishi kerak, shuning uchun biz birinchi tenglamani 4 ga, ikkinchisini esa 3 ga ko'paytiramiz:

Al 3+ +3 e à Al 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

Keling, ikkala tenglamani qo'shamiz va olamiz

4 Al 3+ + 6 O 2- a 4 Al 0 +3 O 2 0 (ionli reaksiya tenglamasi)

2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2

Eritmaning elektrolizi

Suvli elektrolit eritmasi orqali elektr toki o'tgan taqdirda, materiya eritmada elektronlar bilan ham o'zaro ta'sir qilishi mumkin bo'lgan suv molekulalarining mavjudligi bilan murakkablashadi. Eslatib o'tamiz, suv molekulasida vodorod va kislorod atomlari qutbli kovalent bog' bilan bog'langan. Kislorodning elektromanfiyligi vodorodning elektr manfiyligidan kattaroqdir, shuning uchun umumiy elektron juftlari kislorod atomi tomon siljiydi. Kislorod atomida qisman manfiy zaryad paydo bo'lib, u d-, vodorod atomlarida esa qisman musbat zaryadga ega bo'lib, d+ deb belgilanadi.

δ+

H-O d-

│

H d+

Zaryadlarning bunday siljishi tufayli suv molekulasi ijobiy va manfiy "qutblarga" ega. Shuning uchun suv molekulalari musbat zaryadlangan qutb orqali manfiy zaryadlangan elektrodga - katodga, manfiy qutb esa musbat zaryadlangan elektrodga - anodga tortilishi mumkin. Katodda suv molekulalari kamayishi mumkin va vodorod ajralib chiqadi:

Anodda kislorodning chiqishi bilan suv molekulalarining oksidlanishi sodir bo'lishi mumkin:

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

Shuning uchun katodda elektrolit kationlari yoki suv molekulalari qaytarilishi mumkin. Bu ikki jarayon bir-biri bilan raqobatlashayotganga o'xshaydi. Katodda qanday jarayon sodir bo'lishi metallning tabiatiga bog'liq. Metall kationlari yoki suv molekulalarining katodda qisqarishi metallning joylashishiga bog'liq. metall kuchlanishlar seriyasi .

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

Agar metall vodorodning o'ng tomonidagi kuchlanish qatorida bo'lsa, katodda metall kationlari kamayadi va erkin metall ajralib chiqadi. Agar metall alyuminiyning chap tomonidagi kuchlanish seriyasida bo'lsa, katodda suv molekulalari kamayadi va vodorod chiqariladi. Nihoyat, ruxdan qo'rg'oshingacha bo'lgan metall kationlari holatida metall evolyutsiyasi yoki vodorod evolyutsiyasi sodir bo'lishi mumkin va ba'zida vodorod ham, metall ham bir vaqtning o'zida paydo bo'ladi. Umuman olganda, bu juda murakkab holat, ko'p narsa reaktsiya sharoitlariga bog'liq: eritmaning konsentratsiyasi, oqim kuchi va boshqalar.

Ikki jarayondan biri anodda ham sodir bo'lishi mumkin - elektrolitlar anionlarining oksidlanishi yoki suv molekulalarining oksidlanishi. Qaysi jarayon aslida sodir bo'lishi anionning tabiatiga bog'liq. Anoksik kislotalarning tuzlarini yoki kislotalarning o'zlarini elektroliz qilish jarayonida anionlar anodda oksidlanadi. Faqatgina istisno ftorid ionidir F- . Kislorodli kislotalar bo'lsa, suv molekulalari anodda oksidlanadi va kislorod chiqariladi.

1-misolNatriy xloridning suvli eritmasining elektrolizlanishini ko'rib chiqamiz.

Natriy xloridning suvli eritmasida natriy kationlari bo'ladi Na + , xlor anionlari Cl - va suv molekulalari.

2 NaCl a 2 Na + + 2 Cl -

2N 2 O a 2 H + + 2 OH -

katod (-) 2 Na +; 2 H +; 2N + + 2e a N 0 2

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

2NaCl + 2H 2 O à H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Kimyoviy faoliyat anionlar deyarli kamayadi.

2-misolAgar tuz tarkibida bo'lsa-chi SO 4 2- ? Nikel sulfat eritmasining elektrolizini ko'rib chiqaylik ( II ). nikel sulfat ( II ) ionlarga dissotsiatsiyalanadi Ni 2+ va SO 4 2-:

NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-

H 2 O à H + + OH -

Nikel kationlari metall ionlari orasida joylashgan Al 3+ va Pb 2+ , kuchlanish seriyasida o'rta pozitsiyani egallagan holda, katodda tiklanish jarayoni ikkala sxema bo'yicha ham sodir bo'ladi:

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

Kislorodli kislotalarning anionlari anodda oksidlanmaydi ( anion faollik seriyasi ), suv molekulalari oksidlanadi:

anod e à O 2 + 4H +

Keling, katod va anodda sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini birgalikda yozamiz:

katod (-) Ni 2+ ; H + ; Ni 2+ + 2e a Ni 0

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

anod (+) SO 4 2- ; OH -; 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H +

Qaytarilish jarayonlarida 4 ta elektron, oksidlanish jarayonida ham 4 ta elektron ishtirok etadi. Ushbu tenglamalarni jamlab, umumiy reaksiya tenglamasini olamiz:

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

Tenglamaning o'ng tomonida bir vaqtning o'zida H + ionlari va oh- , ular suv molekulalarini hosil qilish uchun birlashadilar:

H + + OH - à H 2 O

Shuning uchun tenglamaning o'ng tomonida 4 H + ionlari va 2 ionlari o'rniga oh- Biz 2 ta suv molekulasi va 2 H + ionini yozamiz:

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

Keling, tenglamaning ikkala tomonidagi ikkita suv molekulasini kamaytiramiz:

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

Bu qisqa ionli tenglama. To'liq ionli tenglamani olish uchun siz sulfat ionining ikkala qismiga qo'shishingiz kerak SO 4 2- , nikel sulfatning dissotsiatsiyasi paytida hosil bo'lgan ( II ) va reaksiyada qatnashmagan:

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

Shunday qilib, nikel sulfat eritmasini elektroliz qilish paytida ( II ) katodda vodorod va nikel, anodda esa kislorod ajralib chiqadi.

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

3-misol Natriy sulfatning suvli eritmasini inert anod bilan elektroliz qilishda sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini yozing.

Tizimning standart elektrod potentsiali Na + + e = Na 0 neytral suvli muhitdagi suv elektrodining potentsialidan (-0,41 V) ancha manfiydir.Shuning uchun katodda suvning elektrokimyoviy qisqarishi vodorod evolyutsiyasi bilan birga sodir bo'ladi.

2N 2 O a 2 H + + 2 OH -

va Na ionlari + katodga kelgan eritmaning qo'shni qismida (katod bo'shlig'ida) to'planadi.

Anodda suvning elektrokimyoviy oksidlanishi sodir bo'ladi, bu kislorodning chiqishiga olib keladi.

2 H 2 O - 4e à O 2 + 4 H +

chunki bu tizimga mos keladi standart elektrod potentsiali (1,23 V) tizimni tavsiflovchi standart elektrod potentsialidan (2,01 V) sezilarli darajada past.

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

SO 4 2- ionlari elektroliz paytida anod tomon harakatlanayotganda anod bo'shlig'ida to'planadi.

Katod jarayoni tenglamasini ikkiga ko'paytirib, uni anod jarayoni tenglamasi bilan qo'shib, elektroliz jarayonining umumiy tenglamasini olamiz:

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

Katod fazosida ionlar va anod fazosida bir vaqtning o'zida ionlar to'planishini hisobga olib, umumiy jarayon tenglamasini quyidagi ko'rinishda yozish mumkin:

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

Shunday qilib, vodorod va kislorodning chiqishi bilan bir vaqtda natriy gidroksid (katod bo'shlig'ida) va sulfat kislota (anod bo'shlig'ida) hosil bo'ladi.

4-misolMis sulfat eritmasining elektrolizi ( II) CuSO4.

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

katod (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

anod (+) 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H + 1

H + ionlari eritmada qoladi va SO 4 2- , chunki sulfat kislota to'planadi.

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

5-misol Mis xlorid eritmasining elektrolizi ( II) CuCl 2.

Katod (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)

katod (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

anod (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

Ikkala tenglama ikkita elektronni o'z ichiga oladi.

Cu 2+ + 2e à Cu 0 1

2Cl - -– 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (ionli tenglama)

CuCl 2 a Cu + Cl 2 (molekulyar tenglama)

6-misol Kumush nitrat eritmasini elektroliz qilish AgNO3.

Katod (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)

katod (-) Ag + + e à Ag 0

anod (+) 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 + + O 2 (ionli tenglama)

4 Ag + + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 H + + O 2 + 4 YO'Q 3 - (to'liq ionli tenglama)

4 AgNO 3 + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + O 2 (molekulyar tenglama)

7-misol Xlorid kislota eritmasining elektroliziHCl.

Katod (-)<-- H + + Cl - à anod (+)

katod (-) 2H + + 2 eà H 2

anod (+) 2Cl - – 2 eà Cl 2

2 H + + 2 Cl - à H 2 + Cl 2 (ionli tenglama)

2 HClà H 2 + Cl 2 (molekulyar tenglama)

8-misol Sulfat kislota eritmasining elektroliziH 2 SO 4 .

katod (-) <-- 2H + + SO 4 2- à anod (+)

katod (-)2H+ + 2eà H2

anod(+) 2H 2 O - 4eà O2+4H+

2H+ + 2eà H 2 2

2H2O-4eà O 2 + 4H+1

4H+ + 2H2Oà 2H 2 + 4H+ + O 2

2H2Oà 2H2+O2

Misol 9. Kaliy gidroksid eritmasini elektroliz qilishKOH.

Katod (-)<-- K + + Oh - à anod (+)

Kaliy kationlari katodda kamaymaydi, chunki kaliy alyuminiyning chap tomonidagi metallarning kuchlanish qatorida bo'ladi, buning o'rniga suv molekulalari kamayadi:

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

katod(-)2H2O+2eà H 2 + 2OH - 2

anod(+) 4OH - - 4eà 2H 2 O + O 2 1

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

2 H 2 Oà 2 H 2 + O 2

10-misol Kaliy nitrat eritmasini elektroliz qilishKNO 3 .

katod (-) <-- K + + NO 3 - à anod (+)

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

katod(-)2H2O+2eà H 2 + 2OH-2

anod(+) 2H 2 O - 4eà O 2 + 4H+1

4H2O + 2H2Oà 2H2+4OH-+4H++ O2

2H2Oà 2H2+O2

Elektr toki kislorodli kislotalar, gidroksidi va kislorodli kislotalarning tuzlari eritmalari orqali alyuminiyning chap tomonidagi kuchlanish qatoriga kiruvchi metallar bilan o'tkazilganda amalda suv elektrolizi sodir bo'ladi. Bunda katodda vodorod, anodda esa kislorod chiqariladi.

Xulosa. Elektrolitlarning suvli eritmalarini elektroliz qilish mahsulotlarini aniqlashda, eng oddiy hollarda, quyidagi fikrlarga amal qilish mumkin:

1. Standart potentsialning kichik algebraik qiymatiga ega bo'lgan metall ionlari - danLi + oldinAl 3+ inklyuziv - elektronlarni qayta biriktirish tendentsiyasi juda zaif bo'lib, bu jihatdan ionlarga aylanadi.H + (sm. Kation faolligi seriyasi). Ushbu kationlarni o'z ichiga olgan birikmalarning suvli eritmalarini elektroliz qilishda katodda oksidlovchi vosita vazifasini ionlar bajaradi.H + , sxema bo'yicha tiklashda:

2 H 2 O+ 2 eà H 2 + 2OH -

2. Standart potentsiallarning ijobiy qiymatlariga ega bo'lgan metall kationlari (Cu 2+ , Ag + , hg 2+ va boshqalar) ionlarga qaraganda elektronlarni biriktirish tendentsiyasiga ega. Tuzlarining suvli eritmalarini elektroliz qilish jarayonida bu kationlar sxema bo'yicha metallga qaytarilgan holda katodda oksidlovchi vosita vazifasini bajaradi, masalan:

Cu 2+ +2 eà Cu 0

3. Metall tuzlarining suvli eritmalarini elektroliz qilish jarayonidaZn, Fe, CD, Niva boshqalar, kuchlanish seriyasida sanab o'tilgan guruhlar o'rtasida o'rta pozitsiyani egallagan holda, katodda pasayish jarayoni ikkala sxema bo'yicha ham sodir bo'ladi. Chiqarilgan metallning massasi bu holatlarda oqayotgan elektr toki miqdoriga mos kelmaydi, uning bir qismi vodorod hosil bo'lishiga sarflanadi.

4. Elektrolitlar, bir atomli anionlarning suvli eritmalarida (Cl - , Br - , J - ), kislorodli anionlar (YO'Q 3 - , SO 4 2- , PO 4 3- va boshqalar), shuningdek suvning gidroksil ionlari. Ulardan galoid ionlari bundan mustasno, kuchliroq qaytaruvchi xususiyatlarga egaF. ionlariOhular va ko'p atomli anionlar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallaydi. Shuning uchun, suvli eritmalar elektroliz paytidaHCl, HBr, HJyoki ularning anoddagi tuzlari, galoid ionlari sxema bo'yicha oksidlanadi:

2 X - -2 eà X 2 0

Sulfatlar, nitratlar, fosfatlar va boshqalarning suvli eritmalarini elektroliz qilish jarayonida. Qaytaruvchining vazifasini ionlar bajaradi, shu bilan birga sxema bo'yicha oksidlanadi:

4 HOH – 4 eà 2 H 2 O + O 2 + 4 H +

.

Vazifalar.

V a dacha 1. Mis sulfat eritmasini elektroliz qilish jarayonida katodda 48 g mis ajralib chiqdi. Anodda ajralib chiqqan gaz hajmini va eritmada hosil bo'lgan sulfat kislotaning massasini toping.

Eritmadagi mis sulfat ikkala ionni ham dissotsiatsiya qilmaydiC 2+ vaS0 4 2 ".

CuS0 4 \u003d Cu 2+ + S0 4 2 "

Katod va anodda sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini yozamiz. Katodda Cu kationlari kamayadi, anodda suvning elektrolizi sodir bo'ladi:

Cu 2+ + 2e- \u003d Cu12

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

Umumiy elektroliz tenglamasi:

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2 (qisqa ionli tenglama)

Tenglamaning ikkala tomoniga mis sulfatning dissotsiatsiyasi paytida hosil bo'lgan har biriga 2 ta sulfat ionini qo'shsak, biz to'liq ion tenglamasini olamiz:

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

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

Anodda chiqarilgan gaz kisloroddir. Eritmada sulfat kislota hosil bo'ladi.

Misning molyar massasi 64 g / mol, biz mis moddasi miqdorini hisoblaymiz:

Reaksiya tenglamasiga ko'ra anoddan 2 mol mis ajralib chiqqanda 1 mol kislorod ajralib chiqadi. Katodda 0,75 mol mis ajralib chiqdi, anodda x mol kislorod ajratilsin. Keling, nisbatni tuzamiz:

2/1=0,75/x, x=0,75*1/2=0,375mol

Anodda 0,375 mol kislorod ajralib chiqdi,

v(O2) = 0,375 mol.

Chiqarilgan kislorod hajmini hisoblang:

V(O2) \u003d v (O2) "VM \u003d 0,375 mol" 22,4 l / mol \u003d 8,4 l

Reaksiya tenglamasiga ko'ra, katodda 2 mol mis ajralib chiqqanda, eritmada 2 mol sulfat kislota hosil bo'ladi, ya'ni katodda 0,75 mol mis ajralib chiqsa, u holda 0,75 mol sulfat kislota hosil bo'ladi. eritmada v (H2SO4) = 0,75 mol. Sulfat kislotaning molyar massasini hisoblang:

M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 g/mol.

Sulfat kislotaning massasini hisoblang:

m (H2S04) \u003d v (H2S04> M (H2S04) \u003d \u003d 0,75 mol \u003d 98 g / mol \u003d 73,5 g.

Javob: Anodda 8,4 litr kislorod ajratildi; Probirkada 73,5 g sulfat kislota hosil bo'ldi

Topshiriq 2. Tarkibida 111,75 g kaliy xlorid bo`lgan suvli eritma elektroliz qilinganda katod va anodda ajralib chiqadigan gazlar hajmini toping. Eritmada qanday modda hosil bo'ladi? Uning massasini toping.

Eritmadagi kaliy xlorid K+ va Cl ionlariga ajraladi:

2KS1 \u003d K + + Cl

Katodda kaliy ionlari kamaymaydi, aksincha, suv molekulalari kamayadi. Xlorid ionlari anodda oksidlanadi va xlor ajralib chiqadi:

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

2SG-2e "= C12|1

Umumiy elektroliz tenglamasi:

2CHl + 2H2O \u003d H2 + 2OH "+ C12 (qisqa ionli tenglama) Eritmada kaliy xloridning dissotsiatsiyasi paytida hosil bo'lgan va reaktsiyada qatnashmaydigan K + ionlari ham mavjud:

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

Tenglamani molekulyar shaklda qayta yozamiz:

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

Katodda vodorod, anodda xlor, eritmada kaliy gidroksid hosil bo'ladi.

Eritmada 111,75 g kaliy xlorid bor edi.

Kaliy xloridning molyar massasini hisoblang:

M(KC1) = 39+35,5 = 74,5 g/mol

Kaliy xlorid moddasi miqdorini hisoblang:

Reaksiya tenglamasiga ko‘ra, 2 mol kaliy xlorid elektroliz qilinganda 1 mol xlor ajralib chiqadi. 1,5 mol kaliy xlorid elektroliz qilinganda x mol xlor ajralib chiqsin. Keling, nisbatni tuzamiz:

2/1=1,5/x, x=1,5 /2=0,75 mol

0,75 mol xlor chiqariladi, v (C! 2) \u003d 0,75 mol. Reaksiya tenglamasiga ko'ra, anodda 1 mol xlor ajralib chiqqanda, katodda 1 mol vodorod ajralib chiqadi. Shuning uchun anodda 0,75 mol xlor ajralib chiqsa, katodda 0,75 mol vodorod ajralib chiqadi, v(H2) = 0,75 mol.

Anodda chiqarilgan xlor hajmini hisoblaymiz:

V (C12) \u003d v (Cl2) -VM \u003d 0,75 mol \u003d 22,4 l / mol \u003d 16,8 l.

Vodorodning hajmi xlorning hajmiga teng:

Y (H2) \u003d Y (C12) \u003d 16,8 l.

Reaksiya tenglamasiga ko‘ra, 2 mol kaliy xlorid elektrolizlanganda 2 mol kaliy gidroksid hosil bo‘ladi, ya’ni 0,75 mol kaliy xlorid elektroliz qilinganda 0,75 mol kaliy gidroksid hosil bo‘ladi. Kaliy gidroksidning molyar massasini hisoblang:

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

Kaliy gidroksidning massasini hisoblang:

m(KOH) \u003d v (KOH> M (KOH) \u003d 0,75 mol-56 g / mol \u003d 42 g.

Javob: Katodda 16,8 litr vodorod, anodda 16,8 litr xlor, eritmada 42 g kaliy gidroksid ajralib chiqdi.

Masala 3. Anodda 19 g ikki valentli metall xlorid eritmasini elektroliz qilishda 8,96 litr xlor ajralib chiqdi. Qaysi metall xlorid elektrolizga uchraganligini aniqlang. Katodda ajraladigan vodorod hajmini hisoblang.

Noma'lum metall M ni belgilaymiz, uning xlorid formulasi MC12. Anodda xlorid ionlari oksidlanadi va xlor ajralib chiqadi. Shartda aytilishicha, vodorod katodda ajralib chiqadi, shuning uchun suv molekulalari kamayadi:

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

2Cl -2e "= C12! 1

Umumiy elektroliz tenglamasi:

2Cl + 2H2O \u003d H2 + 2OH "+ C12 (qisqa ionli tenglama)

Eritmada M2+ ionlari ham bor, ular reaksiya jarayonida o‘zgarmaydi. To'liq ionli reaktsiya tenglamasini yozamiz:

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

Reaksiya tenglamasini molekulyar shaklda qayta yozamiz:

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

Anodda chiqarilgan xlor miqdorini toping:

Reaksiya tenglamasiga ko'ra, noma'lum metallning 1 mol xloridini elektroliz qilishda 1 mol xlor ajralib chiqadi. Agar 0,4 mol xlor ajralib chiqqan bo'lsa, u holda 0,4 mol metall xlorid elektrolizga duchor bo'ldi. Metall xloridning molyar massasini hisoblang:

Noma'lum metall xloridning molyar massasi 95 g/mol. Ikki xlor atomida 35,5"2 = 71 g/mol bor. Shuning uchun metallning molyar massasi 95-71 = 24 g / mol. Magniy bu molyar massaga mos keladi.

Reaktsiya tenglamasiga ko'ra, anodda ajralgan 1 mol xlor uchun katodda 1 mol vodorod ajralib chiqadi. Bizning holatimizda anodda 0,4 mol xlor ajralib chiqdi, ya'ni katodda 0,4 mol vodorod ajralib chiqdi. Vodorod hajmini hisoblang:

V (H2) \u003d v (H2> VM \u003d 0,4 mol \u003d 22,4 l / mol \u003d 8,96 l.

Javob: magniy xloridning elektroliz eritmasiga duchor bo'lgan; Katodda 8,96 litr vodorod ajralib chiqdi.

*Muammo 4. Konsentratsiyasi 15% li 200 g kaliy sulfat eritmasini elektroliz qilishda anodda 14,56 litr kislorod ajralib chiqdi. Elektroliz oxirida eritmaning konsentratsiyasini hisoblang.

Kaliy sulfat eritmasida suv molekulalari katodda ham, anodda ham reaksiyaga kirishadi:

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

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

Keling, ikkala tenglamani birlashtiramiz:

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

6H2O \u003d 2H2 + 4H2O + O2 yoki

2H2O = 2H2 + 02

Aslida, kaliy sulfat eritmasining elektrolizi paytida suvning elektrolizi sodir bo'ladi.

Eritmadagi erigan moddaning konsentratsiyasi quyidagi formula bilan aniqlanadi:

C=m(erigan) 100% / m(eritma)

Elektroliz oxirida kaliy sulfat eritmasining konsentratsiyasini topish uchun kaliy sulfatning massasini va eritmaning massasini bilish kerak. Reaksiya jarayonida kaliy sulfatning massasi o'zgarmaydi. Kaliy sulfatning dastlabki eritmadagi massasini hisoblang. Dastlabki eritmaning konsentratsiyasini C deb belgilaymiz

m (K2S04) = C2 (K2S04) m (eritma) = 0,15 200 g = 30 g.

Elektroliz jarayonida eritmaning massasi o'zgaradi, chunki suvning bir qismi vodorod va kislorodga aylanadi. Chiqarilgan kislorod miqdorini hisoblang:

(O 2) \u003d V (O2) / Vm \u003d 14,56 l / 22,4 l / mol \u003d 0,65 mol

Reaksiya tenglamasiga ko'ra, 2 mol suvdan 1 mol kislorod hosil bo'ladi. x mol suvning parchalanishida 0,65 mol kislorod ajralib chiqsin. Keling, nisbatni tuzamiz:

1,3 mol suv parchalangan, v(H2O) = 1,3 mol.

Suvning molyar massasini hisoblang:

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

Parchalangan suvning massasini hisoblang:

m(H2O) \u003d v (H2O> M (H2O) \u003d 1,3 mol * 18 g / mol \u003d 23,4 g.

Kaliy sulfat eritmasining massasi 23,4 g ga kamaydi va 200-23,4 = 176,6 g ga teng bo'ldi.Endi elektroliz oxirida kaliy sulfat eritmasining konsentratsiyasini hisoblaymiz:

S2 (K2 SO4)=m(K2 SO4) 100% / m(eritma)=30g 100% / 176,6g=17%

Javob: elektroliz oxirida eritmaning konsentratsiyasi 17% ni tashkil qiladi.

* 3 masala 5. 188,3 g natriy va kaliy xloridlar aralashmasi suvda eritildi va hosil bo'lgan eritmadan elektr toki o'tkazildi. Elektroliz jarayonida katodda 33,6 litr vodorod ajralib chiqdi. Aralashmaning tarkibini og'irlik bo'yicha foizda hisoblang.

Kaliy va natriy xloridlar aralashmasi suvda eritilgandan so'ng, eritmada K+, Na+ va Cl- ionlari bo'ladi. Katodda kaliy ionlari ham, natriy ionlari ham kamaymaydi, suv molekulalari kamayadi. Xlorid ionlari anodda oksidlanadi va xlor ajralib chiqadi:

Tenglamalarni molekulyar shaklda qayta yozamiz:

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

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

Aralashma tarkibidagi kaliy xlorid moddasining miqdorini x mol, natriy xlorid moddasining miqdorini y mol bilan belgilaymiz. Reaksiya tenglamasiga ko'ra, 2 mol natriy yoki kaliy xlorid elektroliz paytida 1 mol vodorod ajralib chiqadi. Shuning uchun elektroliz paytida x mol kaliy xlorid x/2 yoki 0,5x mol vodorod, elektroliz paytida y mol natriy xlorid 0,5y mol vodorod hosil bo'ladi. Keling, miqdorni topamiz vodorod moddalari, aralashmaning elektrolizi paytida chiqariladi:

Keling, tenglamani tuzamiz: 0,5x + 0,5y \u003d 1,5

Kaliy va natriy xloridlarning molyar massalarini hisoblang:

M(KC1) = 39+35,5 = 74,5 g/mol

M (NaCl) \u003d 23 + 35,5 \u003d 58,5 g / mol

Kaliy xloridning massasi x mol:

m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d x mol-74,5 g / mol \u003d 74,5 x g.

Bir mol natriy xloridning massasi:

m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d y mol-74,5 g / mol \u003d 58,5 u g.

Aralashmaning massasi 188,3 g, biz ikkinchi tenglamani qilamiz:

74,5x + 58,5y = 188,3

Shunday qilib, biz ikkita noma'lumli ikkita tenglama tizimini yechamiz:

0,5(x + y)= 1,5

74,5x + 58,5y = 188,3g

Birinchi tenglamadan x ni ifodalaymiz:

x + y \u003d 1,5 / 0,5 \u003d 3,

x = 3-y

Ushbu x qiymatini ikkinchi tenglamaga almashtirsak, biz quyidagilarni olamiz:

74,5-(3-y) + 58,5y = 188,3

223,5-74,5y + 58,5y = 188,3

-16y = -35,2

y \u003d 2,2 100% / 188,3g \u003d 31,65%

Hisoblash massa ulushi natriy xlorid:

w(NaCl) = 100% - w(KCl) = 68,35%

Javob: aralashmada 31,65% kaliy xlorid va 68,35% natriy xlorid mavjud.

Kimyoviy masalalarni yechish
Faraday qonunidan xabardor
o'rta maktab

Muallifning rivojlanishi

Turli xil kimyoviy masalalarning xilma-xilligi orasida, maktabda o'qitish amaliyoti shuni ko'rsatadiki, eng katta qiyinchiliklarni hal qilish uchun qattiq kimyoviy bilimlardan tashqari, materialni yaxshi bilish talab etiladi. fizika kursi. Garchi har bir o'rta maktabdan uzoqda ikkita kurs - kimyo va fizika bilimlaridan foydalangan holda hech bo'lmaganda eng oddiy muammolarni hal qilishga e'tibor qaratilayotgan bo'lsa-da, bu turdagi muammolar ba'zan kimyo asosiy fan bo'lgan universitetlarga kirish imtihonlarida topiladi. Va shuning uchun sinfda ushbu turdagi muammolarni tahlil qilmasdan, o'qituvchi o'z talabasini bilmagan holda kimyoviy mutaxassislik bo'yicha universitetga kirish imkoniyatidan mahrum qilishi mumkin.
Ushbu muallifning ishlanmasi "Elektroliz" mavzusiga oid yigirmadan ortiq vazifalarni o'z ichiga oladi. Ushbu turdagi muammolarni hal qilish uchun nafaqat "Elektroliz" mavzusini yaxshi bilish kerak. maktab kursi kimyo, balki maktab fizikasi kursida o'rganiladigan Faraday qonunini bilish.
Ehtimol, bu vazifalar tanlovi sinfdagi barcha o'quvchilarni qiziqtirmaydi yoki hamma uchun mavjud. Shunga qaramay, ushbu turdagi vazifalarni qiziqqan talabalar guruhi bilan davra yoki ixtiyoriy sinfda tahlil qilish tavsiya etiladi. Ishonch bilan ta'kidlash mumkinki, ushbu turdagi vazifalar murakkab va hech bo'lmaganda maktab kimyo kursi uchun xos emas (biz o'rtacha ko'rsatkich haqida gapiramiz. umumta'lim maktabi), shuning uchun ushbu turdagi muammolarni 10 yoki 11-sinflar uchun maktab yoki tuman kimyo olimpiadasining variantlariga xavfsiz kiritish mumkin.
Har bir muammo uchun batafsil yechimga ega bo'lish, rivojlanishni, ayniqsa boshlang'ich o'qituvchilar uchun qimmatli vositaga aylantiradi. Fakultativ dars yoki to'garak darsida talabalar bilan bir nechta topshiriqlarni tahlil qilib, ijodiy ishlaydigan o'qituvchi, albatta, uyda bir xil turdagi bir nechta vazifalarni qo'yadi va bu ishlanmadan uy vazifalarini tekshirish jarayonida foydalanadi, bu esa o'qituvchining qimmatli vaqtini sezilarli darajada tejaydi.

Muammo bo'yicha nazariy ma'lumotlar

kimyoviy reaksiyalar, elektrolit eritmasi yoki eritmasiga joylashtirilgan elektrodlarda elektr toki ta'sirida oqishi elektroliz deb ataladi. Bir misolni ko'rib chiqing.

Taxminan 700 ° C haroratda bir stakan ichida natriy xlorid NaCl eritmasi mavjud, unga elektrodlar botiriladi. Eritma orqali elektr tokini o'tkazishdan oldin Na + va Cl - ionlari tasodifiy harakat qiladi, ammo elektr toki qo'llanilganda, bu zarrachalarning harakati tartibli bo'ladi: Na + ionlari manfiy zaryadlangan elektrodga shoshiladi va Cl - ionlari - musbat zaryadlangan elektrodga.

Va u Zaryadlangan atom yoki zaryadga ega bo'lgan atomlar guruhi.

Kation musbat zaryadlangan iondir.

Anion manfiy zaryadlangan iondir.

katod- manfiy zaryadlangan elektrod (musbat zaryadlangan ionlar - kationlar) unga qarab harakatlanadi.

Anod- musbat zaryadlangan elektrod (manfiy zaryadlangan ionlar - anionlar) unga qarab harakatlanadi.

Platina elektrodlarida natriy xlorid eritmasining elektrolizi

Umumiy reaktsiya:

Natriy xloridning suvli eritmasini uglerod elektrodlarida elektroliz qilish

Umumiy reaktsiya:

yoki molekulyar shaklda:

Mis (II) xloridning suvli eritmasini uglerod elektrodlarida elektroliz qilish

Umumiy reaktsiya:

DA elektrokimyoviy qator metallarning faolligi, mis vodorodning o'ng tomonida joylashgan, shuning uchun mis katodda kamayadi va xlor anodda oksidlanadi.

Natriy sulfatning suvli eritmasini platina elektrodlarida elektroliz qilish

Umumiy reaktsiya:

Xuddi shunday, kaliy nitratning suvli eritmasining elektrolizi sodir bo'ladi (platina elektrodlari).

Rux sulfatning suvli eritmasini grafit elektrodlarida elektroliz qilish

Umumiy reaktsiya:

Temir (III) nitratning suvli eritmasini platina elektrodlarida elektroliz qilish

Umumiy reaktsiya:

Kumush nitratning suvli eritmasini platina elektrodlarida elektroliz qilish

Umumiy reaktsiya:

Platina elektrodlarida alyuminiy sulfatning suvli eritmasini elektroliz qilish

Umumiy reaktsiya:

Mis elektrodlarida mis sulfatning suvli eritmasini elektroliz qilish - elektrokimyoviy tozalash

Eritmadagi CuSO 4 konsentratsiyasi doimiy bo'lib qoladi, jarayon anod materialini katodga o'tkazishgacha kamayadi. Bu elektrokimyoviy tozalash (sof metall olish) jarayonining mohiyatidir.

Muayyan tuzni elektroliz qilish sxemalarini tuzishda quyidagilarni yodda tutish kerak:

vodorodga (misdan oltinga qadar) nisbatan yuqori standart elektrod potentsialiga (SEP) ega bo'lgan metall kationlari elektroliz paytida katodda deyarli butunlay kamayadi;

- kichik SEP qiymatlariga ega bo'lgan metall kationlari (litiydan alyuminiygacha) katodda kamaymaydi, lekin suv molekulalari o'rniga vodorodga qaytariladi;

- SEC qiymatlari vodorodnikidan kichik bo'lgan, lekin alyuminiydan (alyuminiydan vodorodgacha) katta bo'lgan metall kationlari katodda elektroliz paytida suv bilan bir vaqtda kamayadi;

- agar suvli eritmada turli metallar kationlari aralashmasi bo'lsa, masalan, Ag +, Cu 2+, Fe 2+, bu aralashmada kumush birinchi bo'lib, keyin mis va oxirgi temir qaytariladi;

- elektroliz jarayonida erimaydigan anodda anionlar yoki suv molekulalari oksidlanadi va S 2–, I –, Br – , Cl anionlari oson oksidlanadi;

– agar eritmada kislorodli kislotalarning anionlari bo‘lsa, , , , u holda suv molekulalari anodda kislorodgacha oksidlanadi;

- agar anod eriydigan bo'lsa, elektroliz paytida uning o'zi oksidlanishga uchraydi, ya'ni elektronlarni tashqi kontaktlarning zanglashiga olib boradi: elektronlar chiqarilganda elektrod va eritma o'rtasidagi muvozanat siljiydi va anod eriydi.

Agar elektrod jarayonlarining butun seriyasidan biz faqat umumiy tenglamaga mos keladiganlarni ajratamiz

M z+ + ze=M,

keyin olamiz metall kuchlanish diapazoni. Vodorod ham har doim shu qatorga joylashtiriladi, bu qaysi metallar vodorodni kislotalarning suvli eritmalaridan siqib chiqara olishini va qaysi biri yo'qligini ko'rish imkonini beradi (jadval).

Jadval

Bir qator stressli metallar

Tenglama elektrod jarayon	Standart elektrod potentsial 25 °S, V	Tenglama elektrod jarayon	Standart elektrod salohiyat 25 ° C da, V
Li + + 1 e= Li0	–3,045	Co2+ + 2 e= Co0	–0,277
Rb + + 1 e= Rb0	–2,925	Ni 2+ + 2 e= Ni0	–0,250
K++1 e= K0	–2,925	Sn 2+ + 2 e= Sn0	–0,136
Cs + + 1 e= Cs 0	–2,923	Pb 2+ + 2 e= Pb 0	–0,126
Ca 2+ + 2 e= Ca0	–2,866	Fe 3+ + 3 e= Fe0	–0,036
Na + + 1 e= Na 0	–2,714	2H++2 e=H2	0
Mg 2+ + 2 e=Mg0	–2,363	Bi 3+ + 3 e= Bi0	0,215
Al 3+ + 3 e=Al0	–1,662	Cu 2+ + 2 e= Cu 0	0,337
Ti 2+ + 2 e= Ti0	–1,628	Cu + +1 e= Cu 0	0,521
Mn 2+ + 2 e=Mn0	–1,180	Hg 2 2+ + 2 e= 2Hg0	0,788
Cr 2+ + 2 e=Cr0	–0,913	Ag + + 1 e= Ag0	0,799
Zn 2+ + 2 e= Zn0	–0,763	Hg 2+ + 2 e= Hg0	0,854
Cr 3+ + 3 e=Cr0	–0,744	Pt 2+ + 2 e= Pt0	1,2
Fe 2+ + 2 e= Fe0	–0,440	Au 3+ + 3 e= Au 0	1,498
CD 2++2 e= CD 0	–0,403	Au++1 e= Au 0	1,691

Oddiyroq shaklda, bir qator metall kuchlanishlarni quyidagicha ifodalash mumkin:

Ko'pgina elektroliz muammolarini hal qilish uchun Faraday qonunini bilish talab qilinadi, uning formulasi quyida keltirilgan:

m = M I t/(z F),

qayerda m elektrodda chiqarilgan moddaning massasi, F- Faraday raqami, 96 485 A s / mol yoki 26,8 A h / molga teng, M- elektroliz jarayonida kamayadigan elementning molyar massasi, t- elektroliz jarayonining vaqti (sekundlarda), I- oqim kuchi (amperda), z jarayonda ishtirok etgan elektronlar soni.

Vazifa shartlari

1. Nikel nitrat eritmasini 20 A tokda 1 soat davomida elektroliz qilganda qanday massa nikel ajralib chiqadi?

2. 10 soat ichida 0,005 kg sof metall olish uchun kumush nitrat eritmasini elektroliz qilish jarayonini qanday tok kuchida bajarish kerak?

3. 50 A tokda 2 soat davomida mis (II) xlorid eritmasi elektrolizlanganda qanday mis massasi ajralib chiqadi?

4. 3,5 g rux olish uchun rux sulfatning suvdagi eritmasini 120 A tokda elektroliz qilish qancha vaqt oladi?

5. Temir (III) sulfat eritmasi 200 A tok kuchida 2 soat davomida elektrolizlanganda qanday temir massasi ajralib chiqadi?

6. 15 soat ichida 200 g sof metall olish uchun mis (II) nitrat eritmasini elektroliz qilish jarayonini qanday tok kuchida bajarish kerak?

7. 20 g sof temir olish uchun temir (II) xlorid eritmasini 30 A tokda elektroliz qilish jarayonini qaysi vaqt ichida bajarish kerak?

8. 1,5 soat ichida 0,5 kg sof metall olish uchun simob (II) nitrat eritmasini elektroliz qilish jarayonini qanday tok kuchida bajarish kerak?

9. 1,5 soat ichida 100 g sof metall olish uchun natriy xlorid eritmasini elektroliz qilish jarayonini qanday tok kuchida bajarish kerak?

10. Kaliy xlorid eritmasi 5 A oqimida 2 soat davomida elektrolizga duchor bo'ldi. Olingan metall 2 kg og'irlikdagi suv bilan reaksiyaga kirishdi. Bu holda ishqor eritmasining qanday konsentratsiyasi olingan?

11. Temir (III) sulfat eritmasini oqim kuchida 0,5 soat davomida elektroliz qilish natijasida olingan temir bilan to'liq o'zaro ta'sir qilish uchun qancha gramm 30% xlorid kislota eritmasi kerak bo'ladi?
10 A?

12. 15 A tokda 245 minut davomida olib borilgan alyuminiy xlorid eritmasini elektroliz qilish jarayonida sof alyuminiy olindi. Berilgan alyuminiy massasi temir (III) oksidi bilan o'zaro ta'sirlashganda aluminotermik usulda necha gramm temir olish mumkin?

13. 25 A tokda 300 daqiqa davomida alyuminiy sulfat eritmasini elektroliz qilish natijasida olingan alyuminiy (kaliy tetragidroksialuminat hosil bo'lishi bilan) bilan reaksiyaga kirishish uchun 1,111 g / ml zichlikdagi 12% li KOH eritmasidan qancha mililitr kerak bo'ladi. ?

14. Rux sulfat eritmasini 55 A tokda 100 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan rux bilan o'zaro ta'sir qilish uchun zichligi 1,139 g / ml bo'lgan 20% li sulfat kislota eritmasidan necha millilitr kerak bo'ladi?

15. Issiq konsentrlangan nitrat kislotaning ortiqcha qismi xrom (III) sulfat eritmasini 75 A tokda 100 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan xrom bilan reaksiyaga kirishsa, qanday hajmdagi azot oksidi (IV) (n.o.) olinadi?

16. Mis (II) xlorid eritmasini 10,5 A tokda 50 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan mis bilan nitrat kislotaning ortiqcha eritmasini reaksiyaga kiritib, qanday hajmdagi azot oksidi (II) (n.o.) olinadi?

17. 100 g 30% li xlorid kislota eritmasi bilan toʻliq taʼsir oʻtkazish uchun zarur boʻlgan temirni olish uchun 30 A tokda temir (II) xlorid eritmasining elektrolizini qaysi vaqt ichida amalga oshirish kerak?

18. Nikel nitrat eritmasini qizdirilganda 200 g 35% li sulfat kislota eritmasi bilan toʻliq taʼsir oʻtkazish uchun zarur boʻlgan nikelni olish uchun 15 A tokda qancha vaqt davomida elektroliz qilinadi?

19. Natriy xlorid eritmasi 20 A tokda 30 minut davomida, kaliy xlorid eritmasi esa 18 A tokda 80 minut davomida elektroliz qilingan. Ikkala metal ham 1 kg suvda eritilgan. Olingan eritmadagi ishqorlar konsentratsiyasini toping.

20. Magniy xlorid eritmasini 200 daqiqa davomida tok kuchida elektroliz qilish natijasida olingan magniy
10 A, zichligi 1,178 g / ml bo'lgan 1,5 l 25% sulfat kislota eritmasida eritiladi. Olingan eritmadagi magniy sulfat konsentratsiyasini toping.

21. Rux sulfat eritmasini 100 minut davomida tok kuchida elektroliz qilish natijasida olingan rux

17 A, zichligi 1,066 g / ml bo'lgan 1 l 10% sulfat kislota eritmasida eritildi. Olingan eritmadagi rux sulfat konsentratsiyasini toping.

22. Temir (III) xlorid eritmasini 11 A tokda 70 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan temir kukunga aylantirildi va 300 g 18% li mis (II) sulfat eritmasiga botirildi. Cho`kmaga tushgan misning massasini toping.

23. Magniy xlorid eritmasini 90 daqiqa davomida joriy quvvatda elektroliz qilish natijasida olingan magniy
17 A, ortiqcha xlorid kislotaga botirildi. Chiqarilgan vodorod hajmi va miqdorini toping (n.o.s.).

24. Alyuminiy sulfat eritmasi 20 A tokda 1 soat davomida elektrolizdan o'tkazildi. Hosil bo'lgan alyuminiy bilan to'liq o'zaro ta'sir qilish uchun 15% li xlorid kislota eritmasidan necha gramm kerak bo'ladi?

25. Magniy xlorid eritmasini 22 A tokda 35 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan magniyning to‘liq yonishi uchun qancha litr kislorod va havo (N.O.) kerak bo‘ladi?

Javoblar va yechimlar uchun quyidagi raqamlarga qarang

Eritmaga yoki eritilgan elektrolitga botirilgan elektrodlarda elektr toki ta'sirida oqadi.

Ikki turdagi elektrodlar mavjud.

Anod oksidlanish.

katod joylashgan elektroddir tiklanish. Anionlar anodga moyil bo'ladi, chunki u musbat zaryadga ega. Kationlar katodga moyil, chunki u manfiy zaryadlangan va fizika qonunlariga ko'ra qarama-qarshi zaryadlar tortiladi. Har qanday elektrokimyoviy jarayonda ikkala elektrod ham mavjud. Elektroliz amalga oshiriladigan qurilma elektrolizator deb ataladi. Guruch. bitta.

Elektrolizning miqdoriy xarakteristikalari Faradayning ikkita qonuni bilan ifodalanadi:

1) Elektrodda chiqarilgan moddaning massasi elektrolitdan o'tgan elektr miqdoriga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

2) Har xil kimyoviy birikmalarni elektroliz qilish jarayonida bir xil miqdordagi elektr toki elektrodlarda ularning elektrokimyoviy ekvivalentlariga proportsional bo'lgan moddalar massalarini chiqaradi.

Ushbu ikki qonunni bitta tenglamada birlashtirish mumkin:

qayerda m ajralgan moddaning massasi, g;

n elektrod jarayonida uzatiladigan elektronlar soni;

F Faraday raqami ( F=96485 S/mol)

I– oqim kuchi, A;

t- vaqt, s;

M ajralgan moddaning molyar massasi, g/mol.

Elektroliz bilan suvli eritmalar elektrod jarayonlari ionlar raqobati tufayli murakkablashadi (suv molekulalari elektrolizda ham ishtirok etishi mumkin). Katodda tiklanish metallning bir qator standart elektrod potentsialidagi holatiga bog'liq.

Standart elektrod potentsiali vodorodnikidan (Cu2+ dan Au3+ gacha) katta bo'lgan metall kationlari elektroliz jarayonida katodda deyarli to'liq kamayadi. Me n+ + nē →Me. Standart elektrod potensiali past boʻlgan metall kationlari (Al3+ gacha boʻlgan Li2+) katodda kamaymaydi, aksincha, suv molekulalari kamayadi. 2H2O + 2ē → H2 + 2OH- Standart elektrod potentsiali vodorodnikidan kam, lekin alyuminiynikidan kattaroq (Mn2+ dan H gacha) bo'lgan metall kationlari katodda elektroliz paytida suv molekulalari bilan bir vaqtda kamayadi. Me n+ + nē → Me 2H2O + 2ē → H2 + 2OH- Probirkada bir nechta kationlar mavjud bo'lganda, eng kam faol metallning kationlari birinchi navbatda katodda qaytariladi.

Misol natriy sulfat (Na2SO4)

Na2SO4↔ 2Na++ SO42-

katod: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-

anod: 2H2O - 4e → O2 + 4H+

4OH-- 4H+→ 4H2O

elektroliz orqali eriydi ko'plab reaktiv metallar olinadi. Natriy sulfat eritmasining dissotsiatsiyasi jarayonida natriy ionlari va sulfat ionlari hosil bo'ladi.

Na2SO4 → 2Na+ + SO42−

- katodda natriy ajralib chiqadi:

Na+ + 1e− → Na

– anodda kislorod va oltingugurt oksidi (VI) ajralib chiqadi:

2SO42− − 4 e− → 2SO3 + O2

- reaksiyaning umumiy ionli tenglamasi (katod jarayoni tenglamasi 4 ga ko'paytirildi)

4 Na+ + 2SO42− → 4 Na 0 + 2SO3 + O2

- umumiy reaktsiya:

4 Na2SO44 Na 0 + 2SO3 + O2

Eritilgan tuzlarning elektrolizi

Suv bilan oson ta'sir o'tkazadigan yuqori faol metallarni (natriy, alyuminiy, magniy, kaltsiy va boshqalar) olish uchun erigan tuzlar yoki oksidlarning elektrolizi qo'llaniladi:

1. Mis (II) xlorid eritmasining elektrolizi.

Elektrod jarayonlari yarim reaksiyalar sifatida ifodalanishi mumkin:

katodda K(-): Su 2+ + 2e = Cu 0 - katodik qisqarish

A anodida (+): 2Cl - - 2e \u003d Cl 2 - anodik oksidlanish

Moddaning elektrokimyoviy parchalanishining umumiy reaktsiyasi ikkita elektrod yarim reaksiyalarining yig'indisidir va mis xlorid uchun u tenglama bilan ifodalanadi:

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

Ishqorlar va okso kislotalarning tuzlarini elektroliz qilish jarayonida anodda kislorod chiqariladi:

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

2SO 4 2– - 4e \u003d 2SO 3 + O 2

2. Kaliy xlorid eritmasining elektrolizi:

Eritmaning elektrolizi

Elektrolit eritmalaridagi elektrodlarda yoki ular orqali elektr toki o‘tganda eriydigan oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining birikmasi elektroliz deb ataladi.

Joriy manbaning "-" katodida eritma yoki eritmadan elektronlarni kationlarga o'tkazish jarayoni sodir bo'ladi, shuning uchun katod "qaytaruvchi vosita" hisoblanadi.

"+" anodida elektronlar anionlar tomonidan chiqariladi, shuning uchun anod "oksidlovchi vosita" dir.

Elektroliz jarayonida anodda ham, katodda ham raqobatlashuvchi jarayonlar sodir bo'lishi mumkin.

Elektroliz inert (iste'mol qilinmaydigan) anod (masalan, grafit yoki platina) yordamida amalga oshirilganda, qoida tariqasida, ikkita oksidlovchi va ikkita qaytarilish jarayoni raqobatlashadi:
anodda - anionlar va gidroksid ionlarining oksidlanishi,
katodda - kationlar va vodorod ionlarining kamayishi.

Elektroliz faol (sarflanadigan) anod yordamida amalga oshirilganda, jarayon yanada murakkablashadi va elektrodlardagi raqobatdosh reaktsiyalar:
anodda - anion va gidroksid ionlarining oksidlanishi, metallning anodik erishi - anodning materiali;
katodda - tuz kationi va vodorod ionlarining kamayishi, anodni eritish natijasida olingan metall kationlarining kamayishi.

Anod va katodda eng mumkin bo'lgan jarayonni tanlashda, eng kam energiya sarfini talab qiladigan reaktsiya davom etishi kerak. Bundan tashqari, inert elektrod bilan tuz eritmalarini elektroliz qilishda anod va katodda eng mumkin bo'lgan jarayonni tanlash uchun quyidagi qoidalar qo'llaniladi:

1. Anodda quyidagi mahsulotlar hosil bo'lishi mumkin:

a) tarkibida SO 4 2-, NO - 3, PO 4 3- anionlari, shuningdek ishqor eritmalari bo'lgan eritmalarni elektroliz qilishda anodda suv oksidlanadi va kislorod ajralib chiqadi;

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

b) anionlarning oksidlanishida Cl - , Br - , I - mos ravishda xlor, brom, yod ajralib chiqadi;

A + Cl - + e - \u003d Cl 0

2. Katodda quyidagi mahsulotlar hosil bo'lishi mumkin:

a) Al 3+ ning chap tomonida bir qator kuchlanishlarda joylashgan ionlari bo'lgan tuz eritmalarini elektroliz qilish jarayonida katodda suv kamayadi va vodorod ajralib chiqadi;

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

b) agar metall ioni vodorodning o'ng tomonidagi kuchlanish qatorida joylashgan bo'lsa, u holda katodda metall ajralib chiqadi.

K - Men n + + ne - \u003d Men 0

v) Al + va H + o'rtasidagi bir qator kuchlanishlarda joylashgan ionlarni o'z ichiga olgan tuz eritmalarini elektrolizlash jarayonida katodda ham kationlarni kamaytirish, ham vodorod evolyutsiyasining raqobatlashuvchi jarayonlari sodir bo'lishi mumkin.

Misol: kumush nitratning suvli eritmasini inert elektrodlarda elektroliz qilish

Kumush nitratning dissotsiatsiyasi:

AgNO 3 \u003d Ag + + NO 3 -

AgNO 3 ning suvli eritmasini elektroliz qilish jarayonida katodda Ag + ionlari kamayadi va anodda suv molekulalari oksidlanadi:

Katod: Ag + + e = A g

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

Xulosa tenglama: ________________________________________________

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

Suvli eritmalarni elektroliz qilish sxemalarini tuzing: a) mis sulfat; b) magniy xlorid; c) kaliy sulfat.

Barcha holatlarda elektroliz uglerod elektrodlari yordamida amalga oshiriladi.

Misol: mis xloridning suvli eritmasini inert elektrodlarda elektroliz qilish

Mis xloridning dissotsiatsiyasi:

CuCl 2 ↔ Su 2+ + 2Cl -

Eritmada Cu 2+ va 2Cl - ionlari mavjud bo'lib, ular elektr toki ta'sirida tegishli elektrodlarga yo'naltiriladi:

Katod - Cu 2+ + 2e = Cu 0

Anod + 2Cl - - 2e = Cl 2

_______________________________

CuCl 2 \u003d Cu + Cl 2

Katodda metall mis, anodda esa xlor gazi ajralib chiqadi.

Agar CuCl 2 eritmasini elektroliz qilishning ko'rib chiqilgan misolida anod sifatida mis plitasi olinsa, u holda mis Cl 0 ionlarini chiqarib yuborish o'rniga katodda va oksidlanish jarayonlari sodir bo'ladigan anodda chiqariladi. xlor, anod (mis) oksidlanadi.

Bunda anodning o'zi eriydi va Cu 2+ ionlari shaklida eritmaga kiradi.

CuCl 2 ning eruvchan anod bilan elektrolizlanishini quyidagicha yozish mumkin:

Tuz eritmalarining eruvchan anod bilan elektrolizlanishi anod materialining oksidlanishiga (uning erishi) kamayadi va metallni anoddan katodga o'tkazish bilan birga keladi. Bu xususiyat metallarni ifloslanishdan tozalashda (tozalashda) keng qo'llaniladi.

Misol: magniy xloridning suvli eritmasini inert elektrodlarda elektroliz qilish

Magniy xloridning suvli eritmada dissotsiatsiyasi:

MgCl 2 ↔ Mg 2+ + 2Cl -

Suvli eritmada magniy ionlarini kamaytirish mumkin emas (suv kamayadi), xlorid ionlari oksidlanadi.

Elektroliz sxemasi:

Misol: mis sulfatning suvli eritmasini inert elektrodlarda elektroliz qilish

Eritmada mis sulfat ionlarga ajraladi:

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

Mis ionlarini suvli eritmada katodda kamaytirish mumkin.

Suvli eritmadagi sulfat ionlari oksidlanmaydi, shuning uchun anodda suv oksidlanadi.

Elektroliz sxemasi:

Inert elektrodlarda faol metall tuzi va kislorodli kislotaning (K 2 SO 4) suvli eritmasini elektroliz qilish

Misol: Kaliy sulfatning suvli eritmada dissotsiatsiyasi:

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

Kaliy ionlari va sulfat ionlari elektrodlarda suvli eritmada chiqarilmaydi, shuning uchun katodda pasayish sodir bo'ladi va anodda suv oksidlanadi.

Elektroliz sxemasi:

yoki 4H + + 4OH - \u003d 4H 2 O (aralashtirish bilan amalga oshiriladi) ekanligini hisobga olsak,

H 2 O 2H 2 + O 2

Agar faol metall tuzi va kislorodli kislotaning suvdagi eritmasi orqali elektr toki o'tkazilsa, u holda metall kationlari ham, kislota qoldig'ining ionlari ham ajralmaydi.

Katodda vodorod, anodda esa kislorod chiqariladi va elektroliz suvning elektrolitik parchalanishiga kamayadi.

Natriy gidroksid eritmasining elektrolizi

Suvni elektroliz qilish har doim inert elektrolitlar ishtirokida amalga oshiriladi (juda zaif elektrolit - suvning elektr o'tkazuvchanligini oshirish uchun):

Faraday qonuni

Elektr toki ta'sirida hosil bo'lgan modda miqdorining vaqtga, oqim kuchiga va elektrolit tabiatiga bog'liqligini umumlashtirilgan Faraday qonuni asosida aniqlash mumkin:

bu erda m - elektroliz jarayonida hosil bo'lgan moddaning massasi (g);

E - moddaning ekvivalent massasi (g / mol);

M - moddaning molyar massasi (g/mol);

n - berilgan yoki qabul qilingan elektronlar soni;

I - oqim kuchi (A); t - jarayonning davomiyligi (lar);

F - moddaning 1 ekvivalent massasini chiqarish uchun zarur bo'lgan elektr miqdorini tavsiflovchi Faraday doimiysi (F = 96,500 S / mol = 26,8 Ah / mol).

Noorganik birikmalarning gidrolizi

Tuz ionlarining suv bilan o'zaro ta'siri kuchsiz elektrolitlar molekulalarining hosil bo'lishiga olib keladi, tuz gidrolizi deyiladi.

Agar tuzni asosni kislota bilan neytrallash mahsuloti deb hisoblasak, tuzlarni to'rt guruhga bo'lish mumkin, ularning har biri uchun gidroliz o'ziga xos tarzda davom etadi.

1. Kuchli asos va kuchli kislota KBr, NaCl, NaNO 3) tomonidan hosil qilingan tuz gidrolizga uchramaydi, chunki bu holda kuchsiz elektrolit hosil bo'lmaydi. Muhitning reaktsiyasi neytral bo'lib qoladi.

2. Kuchsiz asos va kuchli kislota FeCl 2, NH 4 Cl, Al 2 (SO 4) 3, MgSO 4 dan hosil bo lgan tuzda kation gidrolizga uchraydi:

FeCl 2 + HOH → Fe(OH)Cl + HCl

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

Gidroliz natijasida kuchsiz elektrolit, H + ioni va boshqa ionlar hosil bo'ladi. eritma pH< 7 (раствор приобретает кислую реакцию).

3. Kuchli asos va kuchsiz kislota (KClO, K 2 SiO 3, Na 2 CO 3, CH 3 COONa) ta sirida hosil bo lgan tuz anion gidroliziga uchraydi, natijada kuchsiz elektrolit, gidroksid ioni va boshqa ionlar hosil bo ladi.

K 2 SiO 3 + HOH → KHSiO 3 + KOH

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

Bunday eritmalarning pH qiymati > 7 (eritma ishqoriy reaksiyaga kirishadi).

4. Kuchsiz asos va kuchsiz kislota (CH 3 COONH 4, (NH 4) 2 CO 3, Al 2 S 3) ta sirida hosil bo lgan tuz ham kation, ham anion ta sirida gidrolizlanadi. Natijada past dissotsiatsiyalanuvchi asos va kislota hosil bo'ladi. Bunday tuzlar eritmalarining pH darajasi kislota va asosning nisbiy kuchiga bog'liq.

Kuchsiz kislota va kuchli asos tuzining gidrolizlanish reaksiyalari tenglamalarini yozish algoritmi.

Tuzlarni gidroliz qilishning bir necha variantlari mavjud:

1. Kuchsiz kislota va kuchli asos tuzining gidrolizi: (CH 3 COONa, KCN, Na 2 CO 3).

1-misol Natriy asetatning gidrolizi.

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

CH 3 COO - + H 2 O ↔ CH 3 COOH + OH -

Sirka kislota kuchsiz dissotsilanganligi uchun atsetat ioni H+ ionini bog‘laydi, suvning dissotsilanish muvozanati esa Le Shatelye printsipiga ko‘ra o‘ngga siljiydi.

OH - ionlari eritmada to'planadi (pH > 7)

Agar tuz ko'p asosli kislotadan hosil bo'lsa, gidroliz bosqichma-bosqich davom etadi.

Masalan, karbonat gidrolizi: Na 2 CO 3

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

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

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

Amaliy ahamiyatga ega, odatda, faqat birinchi bosqichdan o'tadigan jarayon, qoida tariqasida, tuzlarning gidrolizlanishini baholashda cheklangan.

Ikkinchi bosqichdagi gidroliz muvozanati birinchi bosqichdagi muvozanatga nisbatan sezilarli darajada chapga siljiydi, chunki birinchi bosqichda ikkinchisiga qaraganda zaifroq elektrolit (HCO 3 -) hosil bo'ladi (H 2 CO 3)

2-misol. Rubidiy ortofosfat gidrolizi.

1. Gidroliz turini aniqlang:

Rb3PO4 ↔ 3Rb + + PO 4 3–

Rubidiy ishqoriy metall, gidroksid kuchli asos, fosfor kislotasi, ayniqsa, uning dissotsilanishning uchinchi bosqichida, fosfatlar hosil bo'lishiga mos keladi, kuchsiz kislotadir.

Anion gidrolizi sodir bo'ladi.

PO 3- 4 + H–OH ↔ HPO 2- 4 + OH – .

Mahsulotlar - gidrofosfat va gidroksid ionlari, o'rta - gidroksidi.

3. Molekulyar tenglama tuzamiz:

Rb 3 PO 4 + H 2 O ↔ Rb 2 HPO 4 + RbOH.

Biz kislota tuzini oldik - rubidium vodorod fosfat.

Kuchli kislota va kuchsiz asos tuzining gidrolizlanish reaksiyalari tenglamalarini yozish algoritmi.

2. Kuchli kislota va kuchsiz asos tuzining gidrolizlanishi: NH 4 NO 3, AlCl 3, Fe 2 (SO 4) 3.

Misol 1. Ammiakli selitraning gidrolizi.

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

NH 4 + + H 2 O ↔ NH 4 OH + H +

Ko'paytiriladigan zaryadlangan kationda gidroliz bosqichma-bosqich davom etadi, masalan:

I bosqich: Cu 2+ + HOH ↔ CuOH + + H +

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

CuCl 2 + H 2 O \u003d CuOHCl + HCl

Bunda vodorod ionlarining konsentratsiyasi va eritmadagi muhitning pH darajasi ham asosan gidrolizning birinchi bosqichi bilan aniqlanadi.

2-misol Mis (II) sulfatning gidrolizi

1. Gidrolizning turini aniqlang. Ushbu bosqichda tuzning dissotsilanish tenglamasini yozish kerak:

CuSO4 ↔ Cu 2+ + SO2-4.

Tuz kuchsiz asosning kationi (tagi chizilgan) va kuchli kislotaning anionidan hosil bo'ladi. Kationda gidroliz sodir bo'ladi.

2. Ion gidroliz tenglamasini yozamiz, muhitni aniqlaymiz:

Cu 2+ + H-OH ↔ CuOH + + H +.

Gidroksemeper (II) kationi va vodorod ioni hosil bo'ladi, muhit kislotali.

3. Molekulyar tenglama tuzamiz.

Shuni hisobga olish kerakki, bunday tenglamani tuzish ma'lum bir rasmiy vazifadir. Eritmadagi musbat va manfiy zarralardan biz faqat qog'ozda mavjud bo'lgan neytral zarrachalarni hosil qilamiz. Bu holda (CuOH) 2 SO 4 formulasini hosil qilishimiz mumkin, ammo buning uchun biz ion tenglamamizni aqliy ravishda ikkiga ko'paytirishimiz kerak.

Biz olamiz:

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

E'tibor bering, reaktsiya mahsuloti asosiy tuzlar guruhiga kiradi. Asosiy tuzlarning nomlari, shuningdek, o'rta tuzlarning nomlari anion va kation nomlaridan iborat bo'lishi kerak, bu holda tuzni "gidroksomedi (II) sulfat" deb ataymiz.

Kuchsiz kislota va kuchsiz asos tuzining gidrolizlanish reaksiyalari tenglamalarini yozish algoritmi.

3. Kuchsiz kislota va kuchsiz asos tuzining gidrolizlanishi:

1-misol Ammoniy asetatning gidrolizi.

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

Bunda bir oz dissotsilangan ikkita birikma hosil bo'ladi va eritmaning pH darajasi kislota va asosning nisbiy kuchiga bog'liq.

Agar gidroliz mahsulotlarini eritmadan, masalan, cho'kma yoki gazsimon modda ko'rinishida olib tashlash mumkin bo'lsa, u holda gidroliz tugaydi.

2-misol alyuminiy sulfidning gidrolizi.

Al 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 (cho'kma) + ZH 2 S (gaz)

3-misol alyuminiy asetatning gidrolizi

1. Gidroliz turini aniqlang:

Al(CH 3 COO) 3 = Al 3+ + 3CH 3 COO – .

Tuz kuchsiz asosning kationi va kuchsiz kislotaning anionlaridan hosil bo'ladi.

2. Ion gidroliz tenglamalarini yozamiz, muhitni aniqlaymiz:

Al 3+ + H–OH ↔ AlOH 2+ + H + ,

CH 3 COO - + H-OH ↔ CH 3 COOH + OH -.

Alyuminiy gidroksid juda zaif asos ekanligini hisobga olsak, biz kationdagi gidroliz anionga qaraganda ko'proq davom etadi deb taxmin qilamiz. Shuning uchun eritmada vodorod ionlari ortiqcha bo'ladi va muhit kislotali bo'ladi.

Bu erda reaktsiyaning umumiy tenglamasini tuzishga urinmang. Ikkala reaksiya ham qaytar, bir-biri bilan hech qanday bog'liq emas va bunday yig'indi ma'nosizdir.

3 . Biz molekulyar tenglamani tuzamiz:

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

Bu, shuningdek, tuzlar va ularning nomenklaturasini shakllantirishni o'rgatish uchun rasmiy mashqdir. Olingan tuz gidroksoalyuminiy asetat deb ataladi.

Kuchli kislota va kuchli asos tuzining gidrolizlanish reaksiyalari tenglamalarini yozish algoritmi.

4. Kuchli kislota va kuchli asosdan hosil bo'lgan tuzlar gidrolizga uchramaydi, chunki kam dissotsiatsiyalanuvchi yagona birikma H 2 O dir.

Kuchli kislota va kuchli asosning tuzi gidrolizga uchramaydi va eritma neytraldir.