Электролиз растворов и расплавов

Что ребёнок должен понять в этой теме

Электролиз — это реакция, которую «запускает» электрический ток: на электродах идут окислительно-восстановительные процессы, хотя внешне ничего в раствор не добавляли. На катоде идёт восстановление, там принимают электроны ионы или молекулы; на аноде идёт окисление, там электроны отдают. Запомнить знаки просто: отрицательный катод притягивает катионы, положительный анод — анионы.

В расплаве всё однозначно: в расплаве соли есть только её собственные ионы, поэтому на катоде выделяется металл, а на аноде — неметалл. В растворе добавляется конкурент — вода, и она может окисляться или восстанавливаться вместо ионов. Поэтому продукты электролиза раствора не выводятся из формулы соли автоматически: сначала нужно решить, кто активнее, ион вещества или вода.

Правила разрядки ионов помогают не угадывать, а рассуждать. На катоде водород из воды выделяется в тех случаях, когда металл стоит в начале ряда напряжений, а ионы малоактивных металлов восстанавливаются сами. На аноде бескислородные анионы окисляются до простых веществ, а кислородсодержащие анионы устойчивы, и вместо них окисляется вода с выделением кислорода. Для нерастворимого анода к этому добавляются варианты, когда растворяется сам материал электрода.

Практическая часть темы — это расчёты по уравнениям электролиза и понимание, зачем процесс нужен. Электролизом получают активные металлы, рафинируют медь, наносят покрытия и разлагают воду. Всё, что происходит на электродах, записывают как обычные полуреакции, а затем сводят в суммарное уравнение и проверяют по балансу атомов и заряда.

Три опоры темы

• Катод — восстановление, анод — окисление. Полуреакции на электродах, затем суммарное уравнение с проверкой баланса.
• В расплаве конкурируют только ионы вещества, в растворе — ещё и вода, поэтому продукты электролиза раствора нужно обосновывать.
• Ряд напряжений металлов и устойчивость анионов: два ориентира, которые заменяют заучивание списка продуктов.

Частые ошибки одиннадцатиклассника

• Путает полюса: считает, что окисление идёт на катоде. Название процесса и заряд электрода нужно связывать один раз и больше не путать.
• Выводит продукты электролиза раствора прямо из состава соли: получает натрий из раствора поваренной соли, где реально выделяется водород.
• Забывает, что в растворе есть вода, и «теряет» водород или кислород в продуктах.
• Не различает растворимый и нерастворимый анод: для растворимого анода часть уравнений выглядит иначе.
• Оставляет заряд несведённым: в суммарном уравнении число отданных и принятых электронов должно совпадать.
• Считает, что электролиз возможен только для расплавов или только для растворов, и не проверяет, что именно дано в условии.

Как проверить, что тема закрыта

Три задания. Первое: записать продукты электролиза расплава хлорида натрия и объяснить, почему в растворе той же соли на катоде получится не натрий, а водород. Второе: составить суммарное уравнение электролиза раствора сульфата меди с инертными электродами и проверить баланс. Третье: решить расчётную задачу — какая масса металла выделится на катоде, если через раствор прошло известное количество вещества ионов. Если ребёнок обосновывает продукты через конкуренцию с водой, а не по формуле соли, тема закрыта.

Соответствие программе: федеральная рабочая программа среднего общего образования «Химия. 10–11 классы» (углублённый уровень), edsoo.ru — 11 класс, раздел 1 «Теоретические основы химии», тема 1.3 «Химические реакции» (19 ч), содержание обучения с. 14–15, тематическое планирование с. 53: окислительно-восстановительные реакции, важнейшие окислители и восстановители, метод электронного баланса, электролиз растворов и расплавов веществ. В профильном учебнике для 11 класса (линия В.В. Еремина, глава «Теоретические основы химии») — раздел о химических реакциях.

Разборы этой темы — наши аналоги заданий по программе, а не цитаты из учебника.