РУҚА
Тапсырмалар № 18, 20 · ЕГЭ

Электролиз водных растворов солей

Катодные и анодные процессы в водных растворах распространённых солей
6 мин чтенияҚиындық: Обновлено 29 қыркүйек 2026

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс на электродах под действием постоянного электрического тока. В водном растворе соли одновременно присутствуют ионы соли и молекулы воды, поэтому на катоде и аноде конкурируют частицы раствора и вода.

Сущность электролиза и порядок анализа

В электролизёре катод соединён с отрицательным полюсом источника тока, а анод — с положительным. На катоде всегда происходит восстановление: частицы принимают электроны. На аноде всегда происходит окисление: частицы отдают электроны. Это правило не зависит от того, какой именно электролит находится в растворе.

D
Определение

Электролиз водного раствора соли — направленное протекание окислительно-восстановительных процессов на катоде и аноде при прохождении постоянного электрического тока через раствор.

T
Главное правило электродов

Катод: восстановление, присоединение электронов. Анод: окисление, отдача электронов. В уравнениях полуреакций электроны записывают справа для анода и слева для катода.

Для решения задачи удобно действовать по алгоритму: записать ионы соли и воду; определить возможный процесс на катоде; определить возможный процесс на аноде; уравнять электроны; сложить полуреакции; установить продукты и изменения состава раствора. Подробнее порядок выбора частиц разобран на странице последовательность разряда ионов, а отдельные процессы воды — на страницах восстановление воды на катоде и окисление воды на аноде.

Катодные процессы в растворах солей

На катоде конкурируют катион металла и молекулы воды. Неактивные металлы, расположенные в ряду напряжений после водорода, обычно восстанавливаются из водного раствора: \(\mathrm{Cu^{2+}}\), \(\mathrm{Ag^+}\), \(\mathrm{Hg^{2+}}\). Для них записывают осаждение металла.

Cu2+ + 2e- → CuКатодный процесс для ионов меди(II).

Катионы активных металлов — например, \(\mathrm{K^+}\), \(\mathrm{Na^+}\), \(\mathrm{Ca^{2+}}\), \(\mathrm{Mg^{2+}}\), \(\mathrm{Al^{3+}}\) — в обычных водных растворах не восстанавливаются. Вместо них восстанавливается вода с выделением водорода и образованием гидроксид-ионов.

2H2O + 2e- → H2 + 2OH-Восстановление воды на катоде в растворе соли активного металла.

Для катионов металлов средней активности в школьных задачах выбор зависит от условий, концентрации и материала электродов. Если условия не уточнены, используют школьное правило: активные металлы не выделяются, а медь, серебро и другие малоактивные металлы выделяются на катоде.

Анодные процессы и роль аниона

На инертном аноде конкурируют анион соли и вода. Галогенид-ионы, кроме фторид-ионов, обычно окисляются: образуются галоген и электроны. Для хлорид-иона процесс имеет вид:

2Cl- → Cl2 + 2e-Окисление хлорид-ионов на инертном аноде.

Ионы \(\mathrm{F^-}\) в воде обычно не разряжаются: окисляется вода. Сульфат-, нитрат-, карбонат- и фосфат-ионы в школьных задачах также считают неразряжающимися на инертном аноде. В этом случае вода окисляется с образованием кислорода и ионов водорода.

2H2O → O2 + 4H+ + 4e-Окисление воды на инертном аноде.

Если анод изготовлен из металла, способного окисляться, сам электрод может переходить в раствор. Например, при электролизе раствора сульфата меди(II) с медными электродами анод растворяется, а медь осаждается на катоде. Поэтому перед решением всегда выясняют, являются ли электроды инертными.

Проверь себя

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

Типовые соли и изменение раствора

Раствор солиКатодАнод при инертном электродеҚорытынды
\(\mathrm{CuCl_2}\)\(\mathrm{Cu^{2+}+2e^-\to Cu}\)\(\mathrm{2Cl^--2e^-\to Cl_2}\)Выделяются медь и хлор
\(\mathrm{NaCl}\)\(\mathrm{2H_2O+2e^-\to H_2+2OH^-}\)\(\mathrm{2Cl^--2e^-\to Cl_2}\)Образуются водород, хлор и \(\mathrm{NaOH}\)
\(\mathrm{CuSO_4}\)\(\mathrm{Cu^{2+}+2e^-\to Cu}\)\(\mathrm{2H_2O-4e^-\to O_2+4H^+}\)Медь осаждается, раствор подкисляется
\(\mathrm{Na_2SO_4}\)Восстанавливается водаОкисляется водаВыделяются водород и кислород; соль почти не расходуется
T
Сохранение электронов

При сложении полуреакций число отданных электронов должно равняться числу принятых. Минимальное соотношение объёмов газов при одинаковых условиях находят из коэффициентов суммарного уравнения.

\[Q=It\]1

Количество электричества определяется формулой \(Q=It\), где \(I\) — сила тока, а \(t\) — время. Для расчёта массы выделившегося вещества используют закон Фарадея: чем больше прошедший заряд и чем меньше число электронов в электродном процессе, тем больше масса продукта.

\[m=\frac{MIt}{nF}\]2

Здесь \(m\) — масса вещества, \(M\) — молярная масса, \(n\) — число электронов на одну частицу вещества, \(F\approx96500\ \mathrm{Кл/моль}\) — постоянная Фарадея.

Разобранный пример: электролиз раствора хлорида меди(II)

№
Тапсырма

Определите продукты электролиза водного раствора \(\mathrm{CuCl_2}\) с инертными электродами и составьте суммарное уравнение процесса.

1
В растворе присутствуют ионы \(\mathrm{Cu^{2+}}\), \(\mathrm{Cl^-}\) и молекулы воды. Ионы меди(II) восстанавливаются легче воды.
\(\displaystyle \mathrm{Cu^{2+}+2e^-\to Cu}\)
2
Хлорид-ионы окисляются на инертном аноде.
\(\displaystyle \mathrm{2Cl^-\to Cl_2+2e^-}\)
3
Число электронов уже одинаково, поэтому складываем полуреакции.
\(\displaystyle \mathrm{Cu^{2+}+2Cl^-\to Cu+Cl_2}\)
4
Ионы слева образуют исходную соль.
\(\displaystyle \mathrm{CuCl_2\to Cu+Cl_2}\)

На катоде выделяется медь, на аноде — хлор. Вода в суммарном процессе не расходуется, поэтому после удаления продуктов раствор соли меди(II) постепенно обедняется.

Частые ошибки и особые случаи

!
Частые ошибки

Не путайте знаки электродов: при электролизе катод отрицательный, анод положительный. Не записывайте выделение натрия или калия из водного раствора: сначала восстанавливается вода. Не окисляйте сульфат-ион вместо воды в стандартной школьной задаче. Не забывайте, что у растворимого анода расходуется материал электрода.

  • Для раствора \(\mathrm{NaCl}\) продукты на инертных электродах: \(\mathrm{H_2}\) на катоде и \(\mathrm{Cl_2}\) на аноде; в растворе накапливается \(\mathrm{NaOH}\).
  • Для раствора \(\mathrm{CuSO_4}\) с инертными электродами на катоде выделяется медь, а на аноде — кислород.
  • Для раствора \(\mathrm{CuSO_4}\) с медным анодом медь переносится с анода на катод, поэтому состав раствора может почти не изменяться.

Подробный разбор электролиза растворов хлорида натрия приведён на странице электролиз раствора хлорида натрия, а для сульфата меди(II) — на странице электролиз раствора сульфата меди(II). Если в растворе несколько электролитов, сначала определяют всех конкурирующих участников; такой случай рассматривается в теме электролиз смеси электролитов.

Связь с уравнениями и другими темами

Каждую полуреакцию записывают как уравнение электродного процесса: сохраняют число атомов и заряд, затем расставляют электроны. Электродный потенциал помогает объяснить, почему одни частицы разряжаются легче других; эта тема раскрыта на странице электродный потенциал. Электролиз растворов кислот и щелочей удобно рассматривать по тем же правилам, но с учётом состава среды: электролиз растворов кислот и электролиз растворов щелочей.

Q
Жылдам тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · Основное правило
Что происходит на катоде?
Главное за минуту

Главное

  • На катоде всегда восстановление, на аноде всегда окисление.
  • Активные катионы металлов в воде обычно не выделяются: восстанавливается вода и образуется водород.
  • Галогениды обычно окисляются до галогенов, а сульфат-, нитрат- и другие кислородсодержащие анионы уступают место окислению воды.
  • Инертный и растворимый аноды дают разные результаты, поэтому материал электрода нужно учитывать.
  • Сначала записывают полуреакции, затем уравнивают электроны и складывают их в суммарное уравнение.