РУҚА
Задания № 18, 20 · ЕГЭ

Последовательность разряда ионов

Алгоритм выбора ионов на катоде и аноде в электролизе растворов
6 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

Последовательность разряда ионов помогает определить, какие частицы преимущественно участвуют в электродных процессах при электролизе. Сначала анализируют катод и анод отдельно, затем составляют уравнения полуреакций и проверяют, какие вещества останутся в растворе.

D
Электролиз

Электролиз — это окислительно-восстановительные процессы, протекающие на электродах под действием постоянного электрического тока. На катоде всегда идёт восстановление, а на аноде — окисление.

1. Базовые правила электродных процессов

В растворе электролита присутствуют катионы, анионы и молекулы воды. Положительно заряженные частицы движутся к отрицательному катоду, отрицательно заряженные — к положительному аноду. Название электрода определяет направление движения ионов, но знак катода и анода зависит от типа электрохимической установки.

ЭлектродПроцессЧто может разряжаться
Катод (−)Восстановление, присоединение электроновКатион металла или вода
Анод (+)Окисление, отдача электроновАнион или вода
\[\text{катод: }\mathrm{Ox}+ne^-\rightarrow\mathrm{Red}\]1
\[\text{анод: }\mathrm{Red}\rightarrow\mathrm{Ox}+ne^-\]2
T
Главное правило

На катоде преимущественно восстанавливается частица, для которой восстановление термодинамически и кинетически наиболее выгодно. На аноде преимущественно окисляется частица, отдающая электроны легче других. В школьных задачах выбор обычно выполняют по ряду активности металлов и правилам разряда анионов.

Подробные значения потенциалов и их сравнение рассмотрены на странице электродный потенциал. Для экзамена важно помнить: катодный процесс записывают как получение электронов, анодный — как их отдачу.

2. Алгоритм выбора ионов на катоде

На катоде конкурируют катионы металлов и молекулы воды. В расплавах воды нет, поэтому восстанавливается катион металла. В водных растворах выбор зависит от активности металла.

  1. Запишите все катионы, находящиеся в растворе, и добавьте \(​\mathrm{H_2O}\) как возможный участник.
  2. Если раствор содержит катион малоактивного металла, например \(​\mathrm{Cu^{2+}}\), \(​\mathrm{Ag^+}\), \(​\mathrm{Hg^{2+}}\), обычно восстанавливается металл.
  3. Катионы активных металлов, расположенных в ряду левее водорода, как правило, не разряжаются в воде; вместо них восстанавливается вода.
  4. Для катионов \(​\mathrm{H^+}\) или кислой среды записывают образование водорода.
  5. Сравните количество электронов в полуреакциях и составьте суммарное уравнение.
Что выучить

В водном растворе обычно выделяются: металлы, стоящие после водорода в ряду активности, а также водород из воды или ионов \(​\mathrm{H^+}\). Катионы \(​\mathrm{K^+}\), \(​\mathrm{Na^+}\), \(​\mathrm{Ca^{2+}}\), \(​\mathrm{Mg^{2+}}\), \(​\mathrm{Al^{3+}}\) в школьных задачах не восстанавливаются: на катоде восстанавливается вода.

\[2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}\uparrow+2\mathrm{OH^-}\]3
\[2\mathrm{H^+}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}\uparrow\]4

Нельзя применять это правило механически к любому раствору: концентрация, материал электрода и перенапряжение могут влиять на результат. В школьном курсе, если особые условия не указаны, используют стандартную последовательность разряда.

3. Алгоритм выбора ионов на аноде

На инертном аноде конкурируют анионы и вода. Галогенид-ионы обычно окисляются легче воды, а сульфат-, нитрат-, фосфат-ионы и многие кислородсодержащие анионы чаще не разряжаются. В таком случае окисляется вода и выделяется кислород.

  1. Запишите все анионы раствора и воду как возможный источник кислорода.
  2. Проверьте наличие галогенид-ионов \(​\mathrm{Cl^-}\), \(​\mathrm{Br^-}\), \(​\mathrm{I^-}\). Обычно они окисляются до галогена.
  3. Если галогенидов нет, для инертного анода запишите окисление воды.
  4. Учитывайте материал электрода: активный анод может сам окисляться и переходить в раствор.
  5. Уравняйте атомы и заряд, затем объедините анодную и катодную полуреакции.
\[2\mathrm{Cl^-}\rightarrow\mathrm{Cl_2}\uparrow+2e^-\]5
\[2\mathrm{H_2O}\rightarrow\mathrm{O_2}\uparrow+4\mathrm{H^+}+4e^-\]6

Особенности разряда галогенидов разобраны на странице разряд галогенид-ионов, а выбор катиона — на странице разряд катионов металлов. В задачах с инертными электродами полезно обратиться к странице электролиз растворов с инертными электродами.

Микропроверка

Что происходит на катоде при электролизе водного раствора \(​\mathrm{Na_2SO_4}\) с инертными электродами?

4. Разобранный пример: раствор хлорида меди(II)

№
Задача

Определите продукты электролиза водного раствора \(​\mathrm{CuCl_2}\) с инертными электродами.

1
В растворе находятся катионы \(​\mathrm{Cu^{2+}}\), анионы \(​\mathrm{Cl^-}\) и вода. На катоде сравниваем восстановление меди и воды.
\(\displaystyle \mathrm{Cu^{2+}}+2e^-\rightarrow\mathrm{Cu}\)
2
Медь — малоактивный металл, поэтому её катионы восстанавливаются преимущественно.
\(\displaystyle \text{катод: }\mathrm{Cu^{2+}}+2e^-\rightarrow\mathrm{Cu}\)
3
На аноде присутствуют хлорид-ионы. В данном школьном приближении они окисляются легче воды.
\(\displaystyle \text{анод: }2\mathrm{Cl^-}\rightarrow\mathrm{Cl_2}+2e^-\)
4
Число электронов в обеих полуреакциях одинаково, поэтому складываем их.
\(\displaystyle \mathrm{Cu^{2+}}+2\mathrm{Cl^-}\rightarrow\mathrm{Cu}+\mathrm{Cl_2}\)
5
Переходим к молекулярному уравнению и указываем наблюдаемые продукты.
\(\displaystyle \mathrm{CuCl_2}\rightarrow\mathrm{Cu}+\mathrm{Cl_2}\uparrow\)

На катоде осаждается медь, на аноде выделяется хлор. Ионы \(​\mathrm{Cu^{2+}}\) и \(​\mathrm{Cl^-}\) расходуются, поэтому раствор постепенно обедняется хлоридом меди(II). Если вместо хлорида взять сульфат меди(II), на аноде обычно окисляется вода, а не сульфат.

5. Особые случаи и проверка ответа

Если в растворе несколько электролитов, сначала составляют общий список частиц. Например, при электролизе смеси \(​\mathrm{CuSO_4}\) и \(​\mathrm{NaCl}\) на катоде конкурируют \(​\mathrm{Cu^{2+}}\), \(​\mathrm{Na^+}\) и вода, а на аноде — \(​\mathrm{Cl^-}\), \(​\mathrm{SO_4^{2-}}\) и вода. Подробный алгоритм для такой ситуации дан на странице электролиз смеси электролитов.

При активном аноде возможна реакция самого электрода: например, медный анод окисляется по уравнению \(​\mathrm{Cu}\rightarrow\mathrm{Cu^{2+}}+2e^-\). Поэтому перед выбором аниона обязательно выясните, указан ли материал электродов.

!
Частые ошибки

1. Путают знак электрода: при электролизе катод отрицательный, анод положительный. 2. Записывают окисление на катоде или восстановление на аноде — это невозможно. 3. Всегда выбирают металл вместо воды, не учитывая активность металла. 4. Считают, что любой анион окисляется на аноде; сульфат и нитрат обычно заменяются водой. 5. Забывают уравнять электроны. 6. Игнорируют материал электрода и условия задачи.

Быстрая проверка

После составления ответа проверьте три пункта: на катоде частица получила электроны; на аноде частица отдала электроны; суммарное число электронов и заряд сохранены. Затем определите, какие газы, металлы или изменения окраски можно наблюдать.

6. Связь с уравнениями и типичными задачами

В заданиях на электролиз часто требуется определить продукты, состав раствора после процесса, объём газа или массу осадка. Сначала решают качественную часть — последовательность разряда ионов, — затем используют закон Фарадея и стехиометрические соотношения. Для водных растворов солей полезно продолжить изучение на странице электролиз водных растворов солей, а частные случаи восстановления воды собраны на страницах восстановление воды на катоде и окисление воды на аноде.

Q
Быстрый тест по теме

Быстрый тест

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · полуреакции
Какой процесс всегда происходит на катоде?
Главное за минуту

Главное

  • На катоде всегда идёт восстановление, на аноде — окисление.
  • В водном растворе на катоде конкурируют катионы металлов и вода; активные металлы обычно не выделяются.
  • На инертном аноде галогениды обычно окисляются до галогенов, а кислородсодержащие анионы часто заменяются водой.
  • Материал электрода, состав раствора и наличие воды нужно проверять до записи полуреакций.
  • Алгоритм решения: перечислить частицы → выбрать катодный и анодный процессы → уравнять электроны → сложить полуреакции → проверить заряд и продукты.