Reakcje elektrolizy wracają na maturze co roku, a i tak wielu ludzi je gubi, bo mieszają stopiony związek z roztworem wodnym. Otóż cała sztuka to jedno pytanie: czy w naczyniu jest woda, czy jej nie ma? Reszta to prosty algorytm z potencjałów. Wziąłem cztery klasyki, w tym jeden, przy którym łatwo się przejechać. Lecimy.
Cztery zadania z elektrolizy
Zapisz równania reakcji zachodzących na katodzie i anodzie podczas elektrolizy stopionego NaCl.
Pokaż rozwiązanie
Sól jest stopiona, więc nie ma wody, która mogłaby się wtrącić. W cieczy pływają tylko jony Na+ i Cl−. Na katodzie redukcja, na anodzie utlenianie, po prostu:
(anoda) 2Cl− → Cl2 + 2e−
Bez wody sód spokojnie wydziela się na katodzie jako metal. Właśnie tak przemysłowo otrzymuje się sód metaliczny.
Zapisz równania reakcji zachodzących na katodzie i anodzie podczas elektrolizy wodnego roztworu KOH na elektrodach obojętnych.
Pokaż rozwiązanie
To jest właśnie ta pułapka. Potas jest aktywniejszy od glinu (ma bardzo niski potencjał), więc jon K+ w roztworze wodnym się nie rozładuje. Zamiast niego na katodzie redukuje się woda:
(anoda) 4OH− → 2H2O + O2 + 4e−
Na anodzie utleniają się jony wodorotlenowe, których w roztworze KOH jest pod dostatkiem. W sumie elektrolizie ulega tu po prostu woda.
Uwaga: krąży błędny zapis „katoda: K+ + e− → K”. To prawda tylko dla stopionego KOH. W roztworze wodnym potas jest za aktywny i na katodzie zawsze redukuje się woda.
Zapisz równania reakcji zachodzących na katodzie i anodzie podczas elektrolizy wodnego roztworu CuSO4 na elektrodach obojętnych.
Pokaż rozwiązanie
Miedź ma wyższy potencjał od glinu, więc na katodzie spokojnie wydzieli się metaliczna miedź (a nie wodór). Po stronie anody reszta siarczanowa jest reszty kwasu tlenowego, więc się nie utlenia, robi to za nią woda:
(anoda) 2H2O → O2 + 4H+ + 4e−
Dlatego przy elektrolizie CuSO4 katoda pokrywa się miedzią, a wokół anody roztwór się zakwasza (przybywa H+).
Spośród soli: AgNO3, NaCl (stopiony), FeCl3, K2SO4 wybierz tę, którą trzeba użyć, aby przeprowadzić elektrolityczny rozkład samej wody. Zapisz równania reakcji elektrodowych.
Pokaż rozwiązanie
Chcemy, żeby elektrolizie ulegała tylko woda, więc ani kation, ani anion soli nie mogą się rozładowywać. Sprawdzamy kandydatów: AgNO3 odpada, bo srebro wydzieli się na katodzie. NaCl (stopiony) odpada, bo nie ma tam wody, a na anodzie poszedłby chlor. FeCl3 odpada, bo na anodzie utlenią się jony chlorkowe. Zostaje K2SO4: potas jest za aktywny (redukuje się woda), a reszta siarczanowa jest resztą kwasu tlenowego (utlenia się woda).
(anoda) 2H2O → O2 + 4H+ + 4e−
Sól K2SO4 pełni tu rolę zwykłego przewodnika prądu, a rozkłada się sama woda na wodór i tlen.
Prąd płynie, elektrony się cieszą
Cała elektroliza to jedno pytanie: jest woda czy jej nie ma? Potem już z górki.
W kursie masz komplet przypadków elektrolizy w jednej tabeli plus zadania: teoria po ludzku, filmy i zestaw zadań z pełnymi rozwiązaniami. Stopione sole, roztwory, mieszaniny i prawa Faradaya, aż po maturę.
To wycinek z lekcji o pisaniu reakcji elektrolizy. W kursie jest ich znacznie więcej: elektroliza stopionych soli, roztworów wodnych, mieszanin, a także prawa Faradaya i pełen zestaw zadań maturalnych.
Rozkładam maturę z chemii na czynniki pierwsze, krok po kroku
Cała teoria i zadania wytłumaczone po ludzku, z filmami do wielu z nich, tak żeby chemia w końcu miała sens. Zobacz kurs maturalny, albo zacznij od darmowego kursu i sprawdź, jak tłumaczę, zanim cokolwiek wydasz.