ГДЗ по химии, 11 класс, Габриелян, номер 15.6

План решения:

Для определения продуктов электролиза необходимо проанализировать состав ионов в растворе или расплаве, а также учесть правила разряда катионов и анионов на катоде и аноде соответственно. В случае водных растворов нужно учитывать возможность участия молекул воды в электродных процессах.

1. Электролиз раствора хлорида цинка (ZnCl₂)

В растворе присутствуют ионы Zn²⁺, Cl^- и молекулы воды H₂O.
Катод (-): Катионы цинка находятся в ряду активности металлов между алюминием и водородом. Однако при электролизе водных растворов солей цинка на катоде выделяется именно металл цинк (так как потенциал выделения водорода из нейтрального раствора выше, чем у цинка, либо происходит совместное выделение, но в школьной программе для солей цинка часто указывают выделение металла). Уточнение по стандартной школьной программе: Для солей металлов от Al до H включительно (включая Zn) на катоде восстанавливается вода с выделением водорода: 2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-. Но для цинка есть нюанс: в кислых средах выделяется водород, в нейтральных/слабощелочных может выделяться цинк. В большинстве учебников для ZnCl₂ (раствор слабокислый из-за гидролиза) на катоде выделяют цинк , если концентрация высокая, или водород . Давайте посмотрим на классическое правило: «Металлы от Li до Al» — вода; «Металлы от Mn до Cu» — металл; «Металлы после Cu» — металл. Цинк стоит перед водородом. По строгому правилу ЕГЭ/ОГЭ для солей цинка на катоде выделяется металл цинк (Zn²⁺+2e^-→Zn⁰), так как он менее активен, чем алюминий, но более активен, чем железо? Нет, Zn стоит между Al и Fe. Правило: соли металлов от Al до Pb (включая Zn) -> на катоде металл. Соли металлов от Li до Mg -> на катоде водород. Следовательно, на катоде: Zn²⁺+2e^-→Zn⁰.
Анод (+): Анионы Cl^- являются кислородсодержащими? Нет, это галогенид-ион (кроме фтора). На аноде окисляются простые анионы: 2Cl^--2e^-→Cl₂↑.
Продукты: Катод — Zn, Анод — Cl₂.

2. Электролиз расплава хлорида цинка (ZnCl₂)

В расплаве нет воды, только ионы Zn²⁺ и Cl^-.
Катод (-): Восстанавливаются катионы металлов: Zn²⁺+2e^-→Zn⁰.
Анод (+): Окисляются анионы: 2Cl^--2e^-→Cl₂↑.
Продукты: Катод — Zn, Анод — Cl₂.

3. Электролиз раствора нитрата цинка (Zn(NO₃)₂)

В растворе присутствуют ионы Zn²⁺, NO-3 и молекулы воды H₂O.
Катод (-): Как и в первом случае, цинк находится в ряду активности после магния и до меди (условно группа «металлы средней активности»). Согласно стандартному алгоритму для солей цинка, на катоде выделяется металл цинк : Zn²⁺+2e^-→Zn⁰. (Примечание: некоторые источники могут указывать водород для очень разбавленных растворов, но базовое правило для Zn²⁺ — восстановление металла).
Анод (+): Анион NO-3 является кислородсодержащим остатком кислоты. Такие анионы не окисляются на инертном аноде. Вместо них окисляется вода: 2H₂O-4e^-→O₂↑+4H⁺.
Продукты: Катод — Zn, Анод — O₂ (и образуется кислота HNO₃ в растворе).

Проверка и итог:

• Раствор ZnCl₂: Катод Zn, Анод Cl₂.
• Расплав ZnCl₂: Катод Zn, Анод Cl₂.
• Раствор Zn(NO₃)₂: Катод Zn, Анод O₂.