Электролиз (кратко,
для общего понимания)
Опорный конспект № 7.2 Электролиз (кратко, для общего понимания).
Проверяемый элемент содержания: ОГЭ — в явном виде в кодификаторе отсутствует, но входит в программу 9 класса и необходим для понимания промышленных способов получения металлов (Na, Al, Cl₂, NaOH). Даётся в кратком, ознакомительном виде.
Вернуться к Списку конспектов
Что такое электролиз
Химические реакции обычно идут самопроизвольно: магний горит, цинк растворяется в кислоте. А можно ли заставить реакцию идти в обратную сторону — например, получить металл из его соли? Оказывается, да! Для этого нужен электрический ток.
📌 Электролиз — это процесс разложения вещества под действием постоянного электрического тока.
Электролиз — это химическая реакция, которая идёт под действием электрического тока.
Интересный факт: электролиз был открыт в 1800 году английскими учёными Николсоном и Карлайлом, которые разложили воду на водород и кислород с помощью батареи Вольта. С тех пор этот метод стал основой целой отрасли промышленности!
Как устроен электролиз
📌 Для проведения электролиза нужны три компонента:
- Электролит — расплав или раствор соли, кислоты, основания.
- Электроды — проводники тока (обычно графитовые или металлические), погружённые в электролит.
- Источник постоянного тока — батарея или выпрямитель.
💡 Электроды подключают к источнику тока: отрицательный электрод — катод, положительный — анод.
- На катоде (отрицательный электрод) идёт процесс восстановления — катионы (положительные ионы) принимают электроны.
- На аноде (положительный электрод) идёт процесс окисления — анионы (отрицательные ионы) отдают электроны.
⚡️ Запомните: катод — «минус», там восстанавливаются катионы. Анод — «плюс», там окисляются анионы. Это помогает запомнить, что происходит на каждом электроде.
Электролиз расплавов
📌 В расплавах (без воды) электролиз протекает проще: соль расплавлена, ионы свободно двигаются.
Пример 1. Электролиз расплава NaCl
В расплаве NaCl диссоциирует: NaCl → Na⁺ + Cl⁻
На катоде (−): Na⁺ + 1e⁻ → Na⁰ (восстанавливается натрий)
На аноде (+): 2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂↑ (окисляется хлор)
Суммарное уравнение: 2NaCl (расплав) → 2Na + Cl₂↑
💡 Именно так в промышленности получают металлический натрий и хлор из расплавленной поваренной соли.
Пример 2. Электролиз расплава Al₂O₃ (получение алюминия)
Алюминий получают электролизом расплава Al₂O₃ в расплавленном криолите Na₃AlF₆.
На катоде (−): Al³⁺ + 3e⁻ → Al⁰
На аноде (+): 2O²⁻ − 4e⁻ → O₂↑ (кислород окисляет графитовые аноды до CO₂)
Суммарное уравнение: 2Al₂O₃ (расплав) → 4Al + 3O₂↑
Электролиз растворов
📌 В растворах ситуация сложнее, потому что вода тоже может участвовать в электролизе. Вода разлагается по схеме:
2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑
📌 Чтобы предсказать, что будет на электродах, используют ряд активности металлов для катионов и ряд активности анионов.
Правила для катода (восстановление)
📌 На катоде восстанавливаются:
- Катионы металлов, стоящих в ряду напряжений от Li до Al — восстанавливается вода (выделяется H₂). Сам металл не выделяется!
- Катионы металлов, стоящих от Mn до Pb — восстанавливаются и металл, и вода (выделяется H₂).
- Катионы металлов, стоящих после H₂ (Cu, Ag, Pt, Au) — восстанавливается только металл.
Пример. Электролиз раствора CuCl₂
В растворе CuCl₂ → Cu²⁺ + 2Cl⁻, а также есть H₂O.
Cu²⁺ — катион металла после H₂ → восстанавливается медь.
Cl⁻ — бескислородный анион → окисляется хлор.
На катоде (−): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁰
На аноде (+): 2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂↑
Суммарное уравнение: CuCl₂ (раствор) → Cu + Cl₂↑
Правила для анода (окисление)
📌 На аноде окисляются:
- Бескислородные анионы (Cl⁻, Br⁻, I⁻, S²⁻) → выделяется простое вещество (Cl₂, Br₂, I₂, S).
- Кислородсодержащие анионы (SO₄²⁻, NO₃⁻, CO₃²⁻) → окисляется вода (выделяется O₂).
- Гидроксид-ионы OH⁻ → окисляются до O₂.
Пример. Электролиз раствора Na₂SO₄
В растворе Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄²⁻, а также есть H₂O.
Na⁺ — катион до Al → восстанавливается вода (выделяется H₂).
SO₄²⁻ — кислородсодержащий анион → окисляется вода (выделяется O₂).
На катоде (−): 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻
На аноде (+): 2H₂O − 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺
Суммарное уравнение: 2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑
💡 Фактически электролиз раствора Na₂SO₄ — это электролиз воды. Соль не расходуется.
Схема запоминания продуктов электролиза
| Катод (−) | Восстанавливается | Пример |
| Металлы от Li до Al | Вода → H₂ | Na⁺ → H₂ |
| Металлы от Mn до Pb | Металл + вода (H₂) | Zn²⁺ → Zn + H₂ |
| Металлы после H₂ (Cu, Ag) | Металл | Cu²⁺ → Cu |
| Анод (+) | Окисляется | Пример |
| Бескислородные анионы (Cl⁻, Br⁻, I⁻) | Анион → простое вещество | Cl⁻ → Cl₂↑ |
| Кислородсодержащие анионы (SO₄²⁻, NO₃⁻) | Вода → O₂ | SO₄²⁻ → O₂↑ |
| OH⁻ | OH⁻ → O₂ | OH⁻ → O₂↑ |
Промышленное применение электролиза
📌 Электролиз широко используется в промышленности:
| Процесс | Что получают | Уравнение |
| Электролиз расплава NaCl | Натрий (Na) и хлор (Cl₂) | 2NaCl → 2Na + Cl₂↑ |
| Электролиз раствора NaCl | NaOH, Cl₂, H₂ | 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ |
| Электролиз расплава Al₂O₃ | Алюминий (Al) | 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂↑ |
| Электролиз воды | H₂ и O₂ | 2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑ |
| Рафинирование (очистка) меди | Чистая медь | Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu |
💡 Электролиз — это очень энергоёмкий процесс, поэтому он используется только для производства самых важных металлов (алюминий, натрий, магний).
Интересный факт: производство алюминия электролизом — самый энергозатратный процесс в металлургии. На получение 1 тонны алюминия требуется около 15 000 кВт·ч электроэнергии! Именно поэтому алюминиевые заводы строят рядом с гидроэлектростанциями.
Практическое задание
📌 Задание 1. Определите, что выделится на катоде и аноде при электролизе расплавов:
- KCl
- MgBr₂
📌 Задание 2. Определите, что выделится на катоде и аноде при электролизе водных растворов:
- NaCl
- CuSO₄
- KNO₃
📌 Задание 3. Для получения какого металла промышленным способом используют электролиз расплава?
- Na
- Fe
- Cu
- Al
⚡️ Проверьте себя:
- Задание 1: 1) KCl (расплав) → K на катоде, Cl₂ на аноде; 2) MgBr₂ (расплав) → Mg на катоде, Br₂ на аноде.
- Задание 2: 1) NaCl (раствор) → H₂ на катоде, Cl₂ на аноде; 2) CuSO₄ (раствор) → Cu на катоде, O₂ на аноде; 3) KNO₃ (раствор) → H₂ на катоде, O₂ на аноде.
- Задание 3: Na и Al (1 и 4).
Памятка
- ✅ Электролиз — разложение вещества под действием электрического тока.
- ✅ Катод (−) — восстановление (катионы → металл или H₂).
- ✅ Анод (+) — окисление (анионы → простое вещество или O₂).
- ✅ В расплавах: металл на катоде, неметалл на аноде.
- ✅ В растворах: нужно учитывать возможность разложения воды.
- ✅ На катоде: после H₂ — только металл; до Al — только H₂; между — и металл, и H₂.
- ✅ На аноде: бескислородные анионы → простое вещество; кислородсодержащие → O₂.
- ✅ Промышленное значение: получение Na, Al, Cl₂, NaOH.
Вы смотрели конспект урока химии по теме «Электролиз (кратко, для общего понимания)». Выберите дальнейшее действие:
- Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
- Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
- Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии
