Электролиз растворов солей

[Иван-Иван]

Подскажите, пожалуйста, какой здесь верный ответ? Как такое решать? Я знаю про образование металлов и водорода на катоде в зависимости от активности металла. А как определять в каком случае может образоваться нерастворимое основание?

[Вадим Вергун]

2

Размышлять надо так: какой из этих металлов имеет нерастворимое основание (все кроме натрия) и при этом находится в ряду активности левее водорода (то есть не будет осаждаться на катоде). В данном случае это только алюминий.

[MGM]

В 11.07.2023 в 16:18, Вадим Вергун сказал:

В данном случае это только алюминий.

Навряд ли ? ? ? ....

[Иван-Иван]

11.07.2023 в 14:18, Вадим Вергун сказал:

нерастворимое основание

а Al(OH)3 можно назвать основанием? Я думал, что основания - это основные гидроксиды только и амфотерные так не называют. По крайней мере, при подготовке к ЕГЭ так именно трактуют все. А это задание из вступительного испытания в вуз (заместо егэ как раз)

[Вадим Вергун]

11.07.2023 в 16:39, Иван-Иван сказал:

а Al(OH)3 можно назвать основанием? Я думал, что основания - это основные гидроксиды только и амфотерные так не называют. По крайней мере, при подготовке к ЕГЭ так именно трактуют все. А это задание из вступительного испытания в вуз (заместо егэ как раз)

Можно. Почему нет?

[Аль де Баран]

Делаем следующее:
а) Пишем уравнение диссоциации соли на ионы.
б) Составляем уравнения для катодного и анодного процессов с инертным анодом.
в) Пишем суммарное уравнение реакции электролиза.
Следуя этому алгоритму, получаем следующие суммарные уравнения:
1) 2ZnSO₄ + 2H₂O = 2Zn↓ + 2H₂SO₄ + O₂↑
2) 2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑
3) Na₂S + 2H₂O = S↓ + 2NaOH + H₂↑
4) 2CrBr₃ + 6H₂O = 2Cr(OH)₃↓ + 3Br₂ + 3H₂↑
5) 2NiSO₄ + 2H₂O = 2Ni↓ + 2H₂SO₄ + O₂↑
Ответ: 4) бромид хрома(III)

[бродяга_]

11.07.2023 в 22:41, Аль де Баран сказал:

4) 2CrBr₃ + 6H₂O = 2Cr(OH)₃↓ + 3Br₂ + 3H₂↑

хром может осаждаться металлом на катоде из водных растворов в отличии от ал.

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwjRhtvztYeAAxXNwosKHS-XDzMQFnoECBQQAQ&url=https%3A%2F%2Fchemer.ru%2Fservices%2Felectrolysis%2Fsolutions%2FCrBr3&usg=AOvVaw2dMTbg3maXsHAsvNFX3Tkr&opi=89978449

[MGM]

Чтобы металл осаждался из раствора в виде гидроксида,

анион должен из раствора уходить.

Это справедливо только для бромида хрома(3) (Na₂S не считаем)

Поддержу: 4) бромид хрома(III)

[Аль де Баран]

В 11.07.2023 в 16:18, Вадим Вергун сказал:

2

Размышлять надо так: какой из этих металлов имеет нерастворимое основание (все кроме натрия) и при этом находится в ряду активности левее водорода (то есть не будет осаждаться на катоде). В данном случае это только алюминий.

 

Обратите внимание, что ВСЕ эти металлы в стандартном ряду напряжений располагаются ЛЕВЕЕ водорода, и теоретически не должны осаждаться на катоде из водных растворов. Поэтому ваша аргументация неубедительна, под неё подходит не только алюминий, но и Zn, Ni, Cr, также дающие нерастворимые основания. Однако на практике цинк, никель и хром могут осаждаться на катоде из водных растворов при некоторых условиях, отличных от стандартных, - это зависит от состава раствора, материала и характера поверхности катода, напряжения на ванне, концентрации, рН и т. д. В данном случае имеет значение, с какими анионами находятся катионы металла в растворе (см. ниже).

 

В 12.07.2023 в 00:50, бродяга_ сказал:

хром может осаждаться металлом на катоде из водных растворов в отличии от ал.

 

Да, я думал над этим, прежде чем выбрать вариант ответа. Дело в том, что при электролизе водного раствора Al(NO₃)₃ на электродах не происходит ни восстановления катионов Al³⁺, ни окисления анионов NO₃^-, а наблюдается окисление/восстановление молекул H₂O с выделением газообразных O₂ и H₂ и генерированием в приэлектродных пространствах эквивалентных количеств ионов Н⁺ и ОН^-, которые мигрируют из приэлектродного пространства в объём электролита и связываются друг с другом обратно в воду. Если расписать процесс электролиза по схеме, указанной в моём предыдущем сообщении, то получится следующее:
а) Диссоциация: Al(NO₃)₃ = Al³⁺ + 3NO₃^-
б) Электродные процессы:
A: 2H₂O - 4e^- = O₂↑ + 4H⁺ (х1)
K: 2H₂O + 2e^- = H₂↑ + 2OH^- (х2)
в) Суммарное уравнение процесса электролиза (после сокращений):
2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑
Таким образом, электролиз водного раствора Al(NO₃)₃ сводится к разложению воды на водород и кислород, в осадок ничего не выпадает, а ионы Al³⁺ и NO₃^- болтаются в растворе без изменений, обеспечивая электропроводность среды. Если создать искусственное препятствие для миграции ионов, отделив друг от друга электродные пространства диафрагмой (мембраной), то можно добиться, чтобы при электролизе в катодном пространстве происходило связывание некоторой части ионов алюминия в гидроксид, а в анодном пространстве накапливалось эквивалентное количество азотной кислоты. В этом случае общая запись процесса (при условии полного исключения возможности протекания в растворе вторичной реакции H⁺ + OH^- = H₂O, во что верится с трудом) выглядела бы так: 4Al(NO₃)₃ + 18H₂O = 4Al(OH)₃↓ + 12HNO₃ + 6H₂↑ + 3O₂↑. Но я думаю, что вряд ли такой ответ устроил бы экзаменаторов...
Обсуждение вариантов 1), 3) и 5) опускаю, думаю, что там и так всё очевидно.
Перейдём теперь к варианту 4). Разумеется, первое, что приходит в голову, - это электролиз по схеме 2CrBr₃ = 2Cr↓ + 3Br₂. Но... тогда у задания не будет решения ввиду исчерпания всех вариантов. Чтобы у задачи был хоть какой-то ответ, пришлось сделать допущение, что электролиз протекает при условиях без выделения металла (Cr). На технологических нюансах регулирования направления этого процесса я останавливаться не буду, но замечу, что в отличие от случая с нитратом алюминия, здесь никакую диафрагму совать в раствор не требуется. В чём же разница по сравнению с предыдущим процессом? Всё дело в анионе! В отличие от нитрата, с бромидом анодный процесс идёт без образования катионов Н⁺, так как происходит разряд бромид-ионов, а тем временем с катода идёт выброс избыточных ионов ОН^- в раствор, что видно из схемы электролиза:
а) Диссоциация: CrBr₃ = Cr³⁺ + 3Br^-
б) Электродные процессы:
A: 2Br^- - 2e^- = Br₂
K: 2H₂O + 2e^- = H₂↑ + 2OH^-
Проще говоря, при электролизе бромида происходит защелачивание среды, а коли так, то сам бог велел выпадать в осадок гидроксиду хрома при вторичной реакции.
в) Вторичная реакция: Cr³⁺ + 3OH^- = Cr(OH)₃↓
г) Суммарное уравнение процесса электролиза:
2CrBr₃ + 6H₂O = 2Cr(OH)₃↓ + 3Br₂ + 3H₂↑

 

Изменено 12 Июля, 2023 в 08:05 пользователем Аль де Баран

[бродяга_]

12.07.2023 в 06:43, Аль де Баран сказал:

Проще говоря, при электролизе бромида происходит защелачивание среды,

с никелем или медью происходит так же.

в электролиты вводят буферные добавки для стабилизации кислотности или избыток кислоты.

это конечно практика, а не задачи.