Электролиз расплава NaCl
Переключай стадии от подвижных ионов до продуктов. Схема разделяет путь ионов в расплаве и электронов во внешней цепи.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
Расплав освобождает ионы для движения
В твёрдом NaCl ионы закреплены в кристаллической решётке. При плавлении решётка разрушается, и Na⁺ и Cl⁻ могут перемещаться. Это создаёт ионную проводимость, необходимую для электролиза.
Расплав — не водный раствор. Отсутствие воды принципиально меняет возможные электродные реакции, поэтому продукты электролиза раствора NaCl нельзя автоматически переносить на расплав и наоборот. В модели рассматривается чистый расплав с подходящими электродами.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Кристалл | Ионы в фиксированных узлах | Перенос заряда затруднён |
| Расплав | Подвижные Na⁺ и Cl⁻ | Ионная проводимость |
| Раствор | Дополнительно присутствует вода | Возможны другие электродные реакции |
В твёрдом NaCl ионы закреплены в кристаллической решётке. При плавлении решётка разрушается, и Na⁺ и Cl⁻ могут перемещаться.
Катод принимает катионы и отдаёт электроны
При электролизе катод соединён с отрицательным полюсом источника. К нему перемещаются катионы Na⁺, которые принимают электроны: Na⁺ + e⁻ → Na. Это восстановление, поскольку степень окисления натрия уменьшается с +1 до 0.
Электроны поступают к катоду по внешней цепи. Внутри расплава ток переносят ионы, а не свободные электроны, проходящие от одного электрода к другому через соль. Различие носителей заряда помогает правильно читать схему.
Источник тока
Подаёт электроны во внешнюю цепь
Катод (−)
Принимает катионы из расплава
Na⁺ + e⁻ → Na
Восстановление
Продукт
Простой металл натрий
При электролизе катод соединён с отрицательным полюсом источника. К нему перемещаются катионы Na⁺, которые принимают электроны: Na⁺ + e⁻ → Na.
Строение кристалла поваренной соли
Кристаллическая структура NaCl: формула задаёт соотношение частиц, а не отдельную молекулу в кристалле.
Walkerma · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Электронные уровни натрия
Натрий: распределение электронов 2, 8, 1. Круги условно обозначают уровни и не являются траекториями электронов.
Pumbaa; исходная работа Greg Robson · Wikimedia Commons · CC BY-SA 2.0 UK. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Анод окисляет анионы
Анод при электролизе соединён с положительным полюсом. Анионы Cl⁻ движутся к нему и отдают электроны: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻. Два атома хлора образуют одну двухатомную молекулу, поэтому коэффициент 2 обязателен.
Положительный знак электрода и окисление согласуются с направлением движения анионов, но сами определения катода и анода связаны с процессами: восстановление и окисление. Для электролизёра знаки именно такие; для других электрохимических устройств их нельзя переносить без проверки.
Анод (+)
2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻
Степень окисления
Cl: −1 → 0
Баланс заряда
−2 слева; −2 у двух e⁻ справа
Анод при электролизе соединён с положительным полюсом. Анионы Cl⁻ движутся к нему и отдают электроны: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻.
Суммируем процессы без потери электронов
Катодную запись умножают на два: 2Na⁺ + 2e⁻ → 2Na. После сложения с анодной электроны сокращаются, и получается 2NaCl → 2Na + Cl₂. Электрическая энергия обеспечивает процесс, который самопроизвольно в этом направлении не идёт.
На два моля восстановленного Na приходится один моль Cl₂. Промышленный электролиз позволяет получать активные металлы из подходящих расплавов. Устройство должно также разделять продукты, чтобы они не вступали в обратную реакцию.
| Стадия | Электронный баланс | Количество продукта |
|---|---|---|
| Катод | Принято 2 моль e⁻ | 2 моль Na |
| Анод | Отдано 2 моль e⁻ | 1 моль Cl₂ |
| Сумма | Электроны сокращаются | 2NaCl → 2Na + Cl₂ |
Катодную запись умножают на два: 2Na⁺ + 2e⁻ → 2Na. После сложения с анодной электроны сокращаются, и получается 2NaCl → 2Na + Cl₂.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 9 класс», § 45. Материал переработан для объяснения; источник: 9 класс. Химия — § 45. Электролиз расплавов солей.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах