Условие
Запишите процессы, идущие на катоде и на аноде при электролизе расплава хлорида натрия с инертными электродами, составьте суммарное уравнение и объясните, почему в расплаве нельзя получить водород и кислород, а в растворе той же соли на катоде выделится именно водород.
Что известно и что ищем
- Известно вещество — хлорид натрия, взятый в виде расплава.
- Ищем полуреакции на электродах, суммарное уравнение и сравнение с раствором.
- Ключ: всё определяется тем, какие частицы вообще есть в системе и какой электрод что делает.
Ход решения
- Шаг 1. Разбираемся, что есть в расплаве. Ионное соединение при плавлении распадается на ионы натрия и хлорид-ионы; воды в системе нет вовсе. Значит, конкурировать за электроды могут только эти два вида ионов.
- Шаг 2. Записываем катодный процесс. Катод отрицательный, он подводит электроны. Ионы натрия принимают электрон и превращаются в металл: Na⁺ + e⁻ → Na⁰. Это восстановление.
- Шаг 3. Записываем анодный процесс. Анод положительный, он забирает электроны. Хлорид-ионы отдают электроны и образуют молекулу хлора: 2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂⁰. Это окисление.
- Шаг 4. Сводим полуреакции, уравняв число электронов. Умножаем катодную полуреакцию на два и складываем: 2NaCl → 2Na + Cl₂ (процесс идёт под действием постоянного тока).
- Шаг 5. Проверяем баланс. Натрия по два атома слева и справа, хлора по два атома, число отданных и принятых электронов одинаковое. Уравнение сходится.
- Шаг 6. Объясняем разницу с раствором. В растворе есть вода, и она тоже может восстанавливаться. Водород из воды выделяется легче, чем натрий, поэтому в растворе на катоде идёт восстановление воды с выделением водорода, а ионы натрия остаются в растворе. Отсюда и практический вывод: чтобы получить натрий электролизом, берут именно расплав.
Проверь себя
- Ответ: катод — Na⁺ + e⁻ → Na⁰; анод — 2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂⁰; суммарно 2NaCl → 2Na + Cl₂. В растворе на катоде выделится водород, а не натрий.
- Проверка вывода: полуреакции уравнены по электронам, суммарное уравнение проверено по атомам.
- Ловушка: в расплаве ждать водорода или кислорода. Из чего бы они получились, если воды в системе нет?
Как объяснить ребёнку
«В расплаве живут только два вида частиц — "плюсы" натрия и "минусы" хлора. Катод тянет к себе плюсы и отдаёт им электрон — получается металл. Анод забирает электроны у минусов — они соединяются в пары и улетают как хлор. А в растворе в игре появляется третий игрок — вода, и она переигрывает натрий».
Тема для отчёта родителю
«Электролиз расплава: две полуреакции и почему расплав и раствор дают разное».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.