Тапсырмалар № 18, 20 · ЕГЭ

Электролиз растворов

Как определить вещества, образующиеся на катоде и аноде при электролизе водных растворов

7 мин чтенияҚиындық: Обновлено 29 қыркүйек 2026

Электролиз водного раствора — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий под действием постоянного электрического тока. Чтобы определить продукты электролиза, отдельно анализируют процессы на катоде и аноде, учитывают состав раствора и материал электродов.

Электролиз

Электролиз — совокупность окислительно-восстановительных процессов на электродах, происходящих при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. Водный раствор содержит частицы растворённого вещества и молекулы воды.

Перед решением полезно повторить, что такое электролит, и различать катод при электролизе и анод при электролизе. Катод соединён с отрицательным полюсом источника тока, анод — с положительным. На катоде всегда идёт восстановление, а на аноде — окисление.

1. Общий алгоритм определения продуктов

Записать формулы частиц в растворе: катионы, анионы и воду.
На катоде выбрать, какая частица будет восстанавливаться: катион металла или вода.
На аноде выбрать, какая частица будет окисляться: анион или вода; отдельно проверить, не растворяется ли анод.
Записать полуреакции, уравнять число электронов и составить итоговое уравнение.
Тексеру, какие вещества остаются в растворе после удаления продуктов у электродов.

Главное правило электродов

На катоде протекает восстановление: частица принимает электроны. На аноде протекает окисление: частица отдаёт электроны. Поэтому знак электрода не следует путать с типом реакции: катод всегда связан с восстановлением, анод — с окислением.

\[\text{катод: }\mathrm{Ox}+ne^-\rightarrow\mathrm{Red}\]1

\[\text{анод: }\mathrm{Red}\rightarrow\mathrm{Ox}+ne^-\]2

Для инертного электрода, например платинового или графитового, материал электрода обычно не расходуется. Особый случай — растворимый анод: тогда металл анода окисляется и переходит в раствор. Подробные признаки электродов разобраны на странице «Инертный электрод».

2. Что выделяется на катоде

На катоде конкурируют катионы металлов и молекулы воды. Благородные и малоактивные металлы обычно восстанавливаются из раствора до металла. Для активных металлов вместо них восстанавливается вода, поэтому выделяется водород.

Частицы в растворе	Процесс на катоде	Наблюдаемый продукт
Катион малоактивного металла: \(\mathrm{Cu^{2+}}\), \(\mathrm{Ag^+}\)	\(\mathrm{Cu^{2+}}+2e^-\rightarrow\mathrm{Cu}\)	Металл
Катион активного металла: \(\mathrm{K^+}\), \(\mathrm{Na^+}\), \(\mathrm{Ca^{2+}}\), \(\mathrm{Mg^{2+}}\), \(\mathrm{Al^{3+}}\)	Восстановление воды	Водород
\(\mathrm{H^+}\) в кислой среде	\(2\mathrm{H^+}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}\)	Водород

Правило катода в школьных задачах

Катионы металлов, стоящих в ряду активности до водорода, как правило, не восстанавливаются из водного раствора: на катоде восстанавливается вода и выделяется \(\mathrm{H_2}\). Катионы металлов после водорода обычно восстанавливаются до металла. Для ионов \(\mathrm{H^+}\) также образуется водород.

\[2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}\uparrow+2\mathrm{OH^-}\]3

Это школьное правило является упрощённым: в реальных условиях важны концентрация, материал катода и перенапряжение. В экзаменационных задачах, если специальные условия не указаны, используют приведённую последовательность. Подробнее см. разряд катионов металлов и выделение водорода на катоде.

Микро-проверка

Что выделяется на катоде при электролизе водного раствора \(\mathrm{NaCl}\) с инертными электродами?

3. Что выделяется на аноде

На инертном аноде конкурируют анионы и вода. Галогенид-ионы, кроме фторид-иона в школьной модели, обычно окисляются до простых веществ. Из хлоридов, бромидов и иодидов образуются соответственно хлор, бром и иод.

\[2\mathrm{Cl^-}\rightarrow\mathrm{Cl_2}\uparrow+2e^-\]4

\[2\mathrm{Br^-}\rightarrow\mathrm{Br_2}+2e^-\]5

Если в растворе нет подходящего галогенид-иона, на аноде окисляется вода с образованием кислорода. Так происходит, например, при электролизе растворов сульфатов, нитратов, гидроксидов и многих оксосолей. Отдельные случаи собраны на страницах «Разряд галогенид-ионов» и «Выделение кислорода на аноде».

\[2\mathrm{H_2O}\rightarrow\mathrm{O_2}\uparrow+4\mathrm{H^+}+4e^-\]6

Растворимый анод

Если анод изготовлен из металла, который может окисляться, часто протекает реакция \(\mathrm{Me}\rightarrow\mathrm{Me^{n+}}+ne^-\). В электрорафинировании анодом служит неочищенный металл, а при нанесении покрытия используют правила гальванического покрытия.

4. Разобранный пример: раствор хлорида натрия

№

Тапсырма

Определить продукты электролиза водного раствора \(\mathrm{NaCl}\) инертными электродами.

В растворе присутствуют \(\mathrm{Na^+}\), \(\mathrm{Cl^-}\) и \(\mathrm{H_2O}\). На катоде выбираем между натрием и водой.

\(\displaystyle \mathrm{Na^+}\text{ — активный катион, поэтому: }2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}+2\mathrm{OH^-}\)

На аноде хлорид-ионы окисляются легче воды.

\(\displaystyle 2\mathrm{Cl^-}\rightarrow\mathrm{Cl_2}+2e^-\)

Складываем полуреакции: электроны сокращаются.

\(\displaystyle 2\mathrm{H_2O}+2\mathrm{Cl^-}\rightarrow\mathrm{H_2}+2\mathrm{OH^-}+\mathrm{Cl_2}\)

Ионы натрия и гидроксид-ионы остаются в растворе и образуют щёлочь.

\(\displaystyle \mathrm{NaCl}+\mathrm{H_2O}\rightarrow\mathrm{NaOH}+\mathrm{H_2}\uparrow+\mathrm{Cl_2}\uparrow\)

Итак, на катоде выделяется водород, на аноде — хлор, а в растворе накапливается гидроксид натрия. Это пример электролиза водного раствора соли. Для других солей полезно сопоставить правила со страницей «Электролиз водных растворов солей».

5. Кислоты, щёлочи и смеси

В растворе кислоты на катоде обычно выделяется водород из ионов \(\mathrm{H^+}\) или воды. На аноде кислород образуется из воды, если в растворе нет галогенидов. Например, при электролизе разбавленной серной кислоты суммарно разлагается вода, а кислота практически не расходуется.

2H₂O → 2H₂ + O₂Разбавленная серная кислота служит электролитом; электроды инертные.

В растворе щёлочи на катоде образуется водород, а на аноде — кислород. Катионы щелочных металлов и гидроксид-ионы в итоговом балансе не расходуются. Эти случаи объединены на страницах «Электролиз растворов кислот» и «Электролиз растворов щелочей». В смеси электролитов сначала составляют полный список частиц, затем применяют ту же последовательность выбора; отдельные правила приведены в электролизе смеси электролитов.

Частые ошибки

1. Называть катод положительным электродом: при электролизе катод отрицательный. 2. Писать окисление на катоде: на катоде всегда восстановление. 3. Выделять натрий или калий из воды: в школьных задачах они не разряжаются, выделяется водород. 4. Считать, что любой анион даёт простое вещество: сульфат-, нитрат- и гидроксид-ионы обычно приводят к выделению кислорода. 5. Забывать материал электрода: растворимый анод может расходоваться.

Приём для быстрого шешімдер

Сначала подпишите над частицами направление превращения: катион принимает электроны, анион отдаёт. Затем задайте два вопроса: «Кто восстанавливается вместо воды на катоде?» и «Кто окисляется вместо воды на аноде?». После этого уравняйте электроны и только затем составляйте молекулярное уравнение.

Жылдам тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса

Вопрос 1 / 4

Вопрос 1 из 4 · полуреакции

Какой процесс всегда идёт на катоде?

Главное за минуту

Главное

Катод — отрицательный электрод, на нём восстановление; анод — положительный электрод, на нём окисление.
На катоде малоактивные катионы дают металл, а активные катионы и вода приводят к выделению водорода.
На инертном аноде хлориды, бромиды и иодиды дают галогены; при отсутствии таких ионов обычно выделяется кислород.
Растворимый анод сам окисляется и пополняет раствор катионами своего металла.
Для итогового уравнения сначала записывают полуреакции, затем уравнивают электроны и проверяют состав раствора.