15.34. Составьте уравнения реакций, протекающих при электролизе водных растворов следующих веществ: а) MgCl2; б) Na2CO3; в) HBr. Электролиз ведется с инертными электродами.

Решение:

Электролиз водных растворов — это процесс разложения веществ в воде под действием электрического тока. При электролизе воды происходит окисление и восстановление.

• а) Электролиз водного раствора MgCl₂

В водном растворе MgCl₂ присутствуют ионы Mg²⁺, Cl⁻ и молекулы H₂O.

На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление:

Восстанавливаются катионы менее активных металлов или вода.

Так как магний (Mg) — активный металл, то на катоде будет восстанавливаться вода:

2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻

На аноде (положительный электрод) происходит окисление:

Окисляются анионы кислородсодержащих кислот или галогениды, или вода.

Так как хлорид-ионы (Cl⁻) являются анионами сильной кислоты (HCl), они окисляются легче, чем вода:

2Cl⁻ → Cl₂↑ + 2e⁻

Общее уравнение реакции:

2MgCl₂ + 2H₂O → 2Mg(OH)₂↓ + 2Cl₂↑ + H₂↑

(Примечание: Магний гидроксид Mg(OH)₂ в растворе выпадает в осадок)

• б) Электролиз водного раствора Na₂CO₃

В водном растворе Na₂CO₃ присутствуют ионы Na⁺, CO₃²⁻ и молекулы H₂O.

На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление:

Так как натрий (Na) — очень активный металл, то на катоде будет восстанавливаться вода:

2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻

На аноде (положительный электрод) происходит окисление:

Карбонат-ионы (CO₃²⁻) являются анионами слабой кислоты (H₂CO₃), поэтому на аноде будет окисляться вода:

2H₂O → O₂↑ + 4H⁺ + 4e⁻

Общее уравнение реакции:

2Na₂CO₃ + 2H₂O → 4NaOH + 2CO₂↑ + O₂↑

(Примечание: В нейтральной среде CO₂ реагирует с NaOH, образуя Na₂CO₃ и H₂O, но в условиях электролиза процесс идет так)

• в) Электролиз водного раствора HBr

В водном растворе HBr присутствуют ионы H⁺, Br⁻ и молекулы H₂O.

На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление:

Ионы водорода (H⁺) являются наиболее легко восстанавливающимися частицами в кислом растворе:

2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑

На аноде (положительный электрод) происходит окисление:

Бромид-ионы (Br⁻) являются анионами сильной кислоты (HBr) и окисляются легче, чем вода:

2Br⁻ → Br₂↓ + 2e⁻

Общее уравнение реакции:

2HBr → H₂↑ + Br₂↓

В данном случае электролизу подвергаются ионы, образовавшиеся из HBr, а не вода.