Question

Проиллюстрируйте электролиз расплава NaCl.

Answer 1

Ответ:

§ 1. Понятие об электролизе

Проведем следующий опыт. Поместим в раствор хлорида меди(II) две

металлические пластинки, подключенные к источнику постоянного тока. В

результате будут наблюдаться следующие явления:

1. Электрод, заряженный отрицательно (катод), постепенно покрывается

красным налетом меди.

2. На электроде, заряженном положительно (анод), образуются пузырьки

газа – хлора (см. рисунок).

Электролиз раствора хлорида меди(II)

Объясняется это следующим образом. Хлорид меди(II) CuCl2 в водном

растворе диссоциирует на ионы:

CuCl2 → Cu2+ + 2Cl

При пропускании электрического тока через этот раствор положительно

заряженные катионы меди (Cu2+) движутся к отрицательно заряженному

электроду – катоду. Достигнув катода, ионы меди принимают электроны,

превращаясь в атомы меди:

Катод( ): Cu2+ + 2ē Cu

Отрицательно заряженные анионы хлора (Cl ) движутся к

положительно заряженному электроду – аноду. Достигнув анода, ионы хлора отдают электроны, превращаясь в атомы хлора, а затем в молекулы Cl2,

который выделяется в виде газа:

Анод(+): 2Cl 2 ē 2Cl Cl2↑

Сложим записанные уравнения, и получим ионное уравнение реакции,

протекающей при пропускании электрического тока через раствор хлорида

меди(II):

Cu2+ + 2Cl

электролиз

Cu + Cl2↑

Уравнение протекающей реакции в молекулярной форме:

CuCl2

электролиз

Cu + Cl2↑

В результате пропускания электрического тока через раствор хлорида

меди(II) протекает окислительно-восстановительная реакция, в результате

которой катионы меди восстанавливаются до металла, анионы хлора –

окисляются с образованием простого вещества хлора.

Электрический ток проводят не только растворы электролитов, но также

расплавленные соли, щелочи и оксиды металлов, при этом также происходят

окислительно-восстановительные реакции. Такой процесс называется

электролизом.

Электролиз — окислительно-восстановительный процесс,

протекающий при прохождении электрического тока через раствор либо

расплав электролита

При электролизе катод(–) имеет отрицательный заряд, к нему

движутся положительно заряженные катионы, которые принимают

электроны и восстанавливаются.

Анод(+) – электрод, который имеет положительный заряд, к нему

движутся отрицательно заряженные анионы, они отдают электроны аноду и

окисляются.

§ 2. Электролиз расплавов

В расплавах солей, так же, как и в их растворах, присутствуют катионы

металла и анионы кислотного остатка. Не все соли могут образовывать

расплавы. Например, некоторые соли при нагревании разлагаются

(карбонаты, нитраты, соли аммония). В то же время для ряда солей

электролиз их расплавов вполне осуществим, и даже используется в

промышленности. Это в основном электролиз расплавов хлоридов щелочных

и щелочноземельных металлов.Рассмотрим электролиз расплава NaCl, который применяется в

процессе промышленного получения натрия и хлора. Температура плавления

NaCl составляет 801 0С. В расплаве хлорида натрия имеются катионы натрия

и анионы хлора. При пропускании электрического тока катионы натрия

движутся к катоду, принимают электроны и восстанавливаются до

металлического натрия; анионы хлора – к аноду, отдают электроны и

окисляются сначала до атомарного хлора, затем образуются молекулы Cl2.

Запишем уравнения катодного и анодного процессов.

Катод( ): Na+

+ ē Na

Анод(+): 2Cl 2ē 2Cl Cl2↑

Суммарное уравнение:

2NaCl(расплав)

электролиз

2Na + Cl2↑

Электролиз расплава хлорида кальция (tпл. = 772 0С) используется в

промышленности для получения металлического кальция:

CaCl2 (расплав)

электролиз

Ca + Cl2↑

Обратите внимание, что самопроизвольно подобные реакции протекать

не могут! Наоборот, щелочные и щелочноземельные металлы активно

соединяются с галогенами (следовательно, при обычных условиях должны

протекать обратные реакции). Таким образом, в процессах электролиза для

осуществления невозможных при обычных условиях реакций используется

энергия электрического тока.

Основной промышленный способ получения алюминия – электролиз

расплава оксида алюминия

2Al2O3 (расплав)

электролиз

4Al + 3O2↑

Температура плавления Al2O3 чрезвычайно высока и составляет 2050 0С.

В связи с этим в процессе промышленного получения алюминия используют

не оксид алюминия, а смесь Al2O3 с криолитом Na3AlF6, температура

плавления которой существенно ниже (950 0С).

Answer 2

Конечно, я могу описать процесс электролиза расплава NaCl и его иллюстрацию.

Электролиз расплава NaCl (хлорида натрия) проводится в специальной устройстве, называемом электролизером. Электролизер состоит из двух электродов (анода и катода), которые погружены в расплавленный хлорид натрия (NaCl) в специальной ячейке.

Иллюстрация:

scssCopy code
       Anode (+)                 Cathode (-)
         |                          |
         |                          |
--------------------------------------
         |                          |
         |      Na+      Cl-         |
         |      ions    ions         |
--------------------------------------
         |                          |
         |                          |
       Anode (+)                 Cathode (-)

В данной иллюстрации показано, как распределены ионы Na+ и Cl- в расплавленном хлориде натрия между анодом и катодом.

Процесс электролиза протекает следующим образом:

1. Анод (+): На аноде происходит окисление хлорид-ионов (Cl-) до хлорового газа (Cl2) по следующей реакции:

   rustCopy code
   2Cl- -> Cl2 + 2e-
   

   Освобождающиеся электроны переносятся через анод и могут быть использованы во внешней электрической цепи.

2. Катод (-): На катоде происходит восстановление натрий-ионов (Na+) до натрия (Na) по реакции:

   rustCopy code
   2Na+ + 2e- -> 2Na
   

   Полученные натриевые атомы объединяются и образуют металлический натрий, который оседает на дно электролизера.

Таким образом, в результате электролиза расплава NaCl получается хлор газ и металлический натрий. Этот процесс играет важную роль в производстве хлора, натрия и других химических соединений.