B1. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора с инертными электродами:

Решение:

При электролизе водных растворов солей на инертных электродах происходят следующие процессы:

• На катоде (отрицательный электрод): происходит восстановление катионов металла (если они менее активны, чем вода) или воды.
• На аноде (положительный электрод): происходит окисление анионов (если они менее активны, чем вода) или воды.

Рассмотрим каждый случай:

А) AlCl₃ (водный раствор)

• Катион Al³⁺ является катионом активного металла, поэтому на катоде восстанавливается вода: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.
• Анион Cl⁻ менее активен, чем вода, поэтому на аноде окисляется: 2Cl⁻ - 2e⁻ → Cl₂↑.
• Продукты: H₂, Cl₂.
• Соответствие: А) → 5) водород, кислород (ошибка в варианте ответа, должно быть водород, хлор). Если рассматривать общий случай, то для активных металлов вода восстанавливается.
• Однако, если мы ищем соответствие из предложенных вариантов, то 5) водород, кислород — это продукты электролиза воды.
• Посмотрим на другие варианты.
• 1) металл, галоген - это соответствует электролизу расплавов галогенидов, или электролизу водного раствора менее активных металлов.
• 2) гидроксид металла, хлор, водород - не совсем точно.
• 3) металл, кислород - например, для электролиза воды.
• 4) металл, кислота, кислород - странный набор.
• 5) водород, кислород - это продукты электролиза воды, или растворов солей, где и катион, и анион не могут окисляться/восстанавливаться.
• Если принять, что в варианте 5) подразумевается водород и хлор, то это наиболее вероятное соответствие для AlCl₃.

Б) RbOH (водный раствор)

• RbOH — это сильное основание. При электролизе водного раствора гидроксида щелочного металла, на катоде восстанавливается вода (т.к. Rb⁺ более активен, чем вода), а на аноде окисляются гидроксид-ионы OH⁻ (или вода).
• Катод: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻
• Анод: 2OH⁻ - 2e⁻ → H₂O + ½O₂↑
• Суммарно: 2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑
• Продукты: водород, кислород.
• Соответствие: Б) → 5) водород, кислород.

В) Hg(NO₃)₂ (водный раствор)

• Катион Hg²⁺ (ртути) является катионом малоактивного металла, поэтому на катоде будет восстанавливаться ртуть: Hg²⁺ + 2e⁻ → Hg↓.
• Анион NO₃⁻ не может окисляться на аноде (т.к. более слабый окислитель, чем вода), поэтому на аноде будет окисляться вода: 2H₂O - 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺.
• Продукты: ртуть, кислород.
• Соответствие: В) → 3) металл, кислород.

Г) AuCl₃ (водный раствор)

• Катион Au³⁺ (золота) является катионом очень малоактивного металла, поэтому на катоде будет восстанавливаться золото: Au³⁺ + 3e⁻ → Au↓.
• Анион Cl⁻ может окисляться на аноде: 2Cl⁻ - 2e⁻ → Cl₂↑.
• Продукты: золото, хлор.
• Соответствие: Г) → 1) металл, галоген.

Финальное соответствие:

• А) AlCl₃ - 5) водород, кислород (принято, что это подразумевается, хотя более точно - водород, хлор)
• Б) RbOH - 5) водород, кислород
• В) Hg(NO₃)₂ - 3) металл, кислород
• Г) AuCl₃ - 1) металл, галоген

Если принять, что в пункте А) есть некоторая неточность в вариантах ответа, и 5) относится к электролизу воды, что может происходить при присутствии электролитов, в которых и катион, и анион не участвуют в разряде (что не совсем верно для AlCl3, где хлор участвует).

Пересмотрим А) AlCl₃.

• Катод: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻
• Анод: 2Cl⁻ - 2e⁻ → Cl₂↑
• Продукты: H₂, Cl₂.
• Из предложенных вариантов, наиболее близко - 1) металл, галоген (если бы это был малоактивный металл, а здесь выделяется водород). Или 2) гидроксид металла, хлор, водород (водород и хлор выделяются, а на катоде образуется OH⁻, что может привести к образованию гидроксида).
• Если предположить, что вариант 5) «водород, кислород» является правильным для A, то это означает, что вода разлагается и на катоде, и на аноде, что характерно для электролиза воды. Но для AlCl₃ это не так.
• Давайте еще раз посмотрим на варианты:
• 1) металл, галоген
• 2) гидроксид металла, хлор, водород
• 3) металл, кислород
• 4) металл, кислота, кислород
• 5) водород, кислород

Давайте предположим, что варианты ответов могут иметь неточности.

Наиболее точные соответствия:

• А) AlCl₃: Катод: H₂; Анод: Cl₂. Продукты: H₂, Cl₂. Это близко к 2) (водород, хлор) и 1) (галоген).
• Б) RbOH: Катод: H₂; Анод: O₂. Продукты: H₂, O₂. Это соответствует 5).
• В) Hg(NO₃)₂: Катод: Hg; Анод: O₂. Продукты: Hg, O₂. Это соответствует 3).
• Г) AuCl₃: Катод: Au; Анод: Cl₂. Продукты: Au, Cl₂. Это соответствует 1).

Остается разобраться с А).

Если А) AlCl₃ → 2) гидроксид металла, хлор, водород. Это может быть объяснено так: выделяется H₂ (водород) и Cl₂ (хлор). На катоде образуются OH⁻ ионы, которые могут реагировать с Al³⁺, образуя Al(OH)₃. Однако, Al(OH)₃ в водном растворе не выделяется как продукт электролиза. В школьной программе чаще всего рассматривают выделение H₂ и Cl₂.

Пересмотрим условие: «Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора с инертными электродами».

Примем наиболее вероятные соответствия:

• А) AlCl₃ → 1) металл, галоген (если считать H₂ как «металл» в широком смысле, что неверно, или если это ошибка в варианте, и должно быть H₂, Cl₂). Или 2) водород, хлор.
• Б) RbOH → 5) водород, кислород
• В) Hg(NO₃)₂ → 3) металл, кислород
• Г) AuCl₃ → 1) металл, галоген

Если выбрать А) → 1), то получается:

• А) AlCl₃ - 1) металл, галоген (не подходит, т.к. металл не выделяется, а галоген - Cl₂ выделяется)
• Б) RbOH - 5) водород, кислород
• В) Hg(NO₃)₂ - 3) металл, кислород
• Г) AuCl₃ - 1) металл, галоген

Теперь попробуем А) → 2):

• А) AlCl₃ - 2) гидроксид металла, хлор, водород (водород и хлор выделяются. Образование гидроксида металла подразумевает, что он остается в растворе или выпадает в осадок, но для Al³⁺ и OH⁻ это возможно).
• Б) RbOH - 5) водород, кислород
• В) Hg(NO₃)₂ - 3) металл, кислород
• Г) AuCl₃ - 1) металл, галоген

Это соответствие выглядит наиболее логичным, учитывая возможные нюансы формулировок.

Окончательный вариант:

• А) AlCl₃ → 2) гидроксид металла, хлор, водород
• Б) RbOH → 5) водород, кислород
• В) Hg(NO₃)₂ → 3) металл, кислород
• Г) AuCl₃ → 1) металл, галоген

Проверим вариант 5) для А) - водород, кислород.

Если бы на аноде тоже выделялся кислород (как при электролизе воды), то это было бы 5). Но для Cl⁻ окисляется он, а не вода.

Следовательно, наиболее вероятное соответствие:

• А → 2
• Б → 5
• В → 3
• Г → 1