РУҚА
Тапсырмалар № 22, 23 · ЕГЭ

Электролиз смеси электролитов

Как определить, какие ионы разряжаются на катоде и аноде при электролизе водных растворов смесей
6 мин чтенияҚиындық: Обновлено 29 қыркүйек 2026

При электролизе смеси электролитов в растворе одновременно присутствуют несколько катионов и анионов, но на каждом электроде обычно разряжается не любой ион, а наиболее активный участник конкуренции. Чтобы решить задачу, определяют состав раствора, сравнивают ионы по последовательности разряда ионов и учитывают материал электродов.

1. Что происходит в растворе смеси

Электролит в воде распадается на подвижные ионы. Например, смесь хлорида натрия и сульфата меди(II) содержит катионы \(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{Cu^{2+}}\), анионы \(\mathrm{Cl^-}\) и \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), а также молекулы воды. На катоде протекают реакции восстановления: частицы принимают электроны. На аноде идут реакции окисления: частицы отдают электроны.

\[\text{катод: }\mathrm{Ox}+ne^-\rightarrow\mathrm{Red}\]1
\[\text{анод: }\mathrm{Red}\rightarrow\mathrm{Ox}+ne^-\]2
D
Электролиз

Электролиз — это совокупность окислительно-восстановительных процессов, происходящих на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. Катод всегда является местом восстановления, анод — местом окисления.

В водном растворе конкурируют не только ионы соли, но и вода. Поэтому при наличии, например, \(\mathrm{Na^+}\) нужно сравнить восстановление натрия с восстановлением воды. При наличии сульфат-иона сравнивают его окисление с окислением воды или другого аниона.

T
Главное правило

На катоде преимущественно разряжается частица, восстановление которой протекает легче. На аноде преимущественно разряжается частица, окисление которой протекает легче. Если ионы находятся в близкой конкуренции, учитывают концентрацию, материал электрода и условия электролиза.

2. Реті разряда катионов на катоде

Катод заряжен отрицательно, поэтому к нему движутся катионы. Для школьных задач удобно использовать такой порядок: сначала восстанавливаются катионы малоактивных металлов, затем ионы водорода, а катионы активных металлов обычно не разряжаются из водных растворов — вместо них восстанавливается вода.

Катионы в раствореЧто обычно происходит на катоде
\(\mathrm{Cu^{2+}}\), \(\mathrm{Ag^+}\), \(\mathrm{Hg^{2+}}\), \(\mathrm{Pt^{2+}}\)Выделяется металл
\(\mathrm{H^+}\)Выделяется водород
\(\mathrm{Na^+}\), \(\mathrm{K^+}\), \(\mathrm{Ca^{2+}}\), \(\mathrm{Ba^{2+}}\), \(\mathrm{Mg^{2+}}\), \(\mathrm{Al^{3+}}\)Вода восстанавливается, выделяется водород
\(\mathrm{Fe^{2+}}\), \(\mathrm{Zn^{2+}}\)В школьных задачах результат зависит от условий; часто учитывают ряд активности и концентрацию
\[2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}\uparrow+2\mathrm{OH^-}\]3

Если в смеси есть, например, \(\mathrm{Cu^{2+}}\) и \(\mathrm{Na^+}\), первым обычно разряжается \(\mathrm{Cu^{2+}}\): медь осаждается на катоде. После расходования ионов меди начинает восстанавливаться вода, и выделяется водород. Поэтому при длительном электролизе состав продуктов может изменяться.

Микро-проверка

Что выделится на катоде при электролизе водного раствора, содержащего \(\mathrm{CuSO_4}\) и \(\mathrm{NaCl}\), если электроды инертные и ионы меди ещё присутствуют?

3. Реті разряда анионов на аноде

Анод заряжен положительно, поэтому к нему движутся анионы. На инертном аноде обычно легче окисляются галогид-ионы, чем кислородсодержащие анионы. В школьном приближении конкуренция выглядит так: \(\mathrm{I^-}\), \(\mathrm{Br^-}\), \(\mathrm{Cl^-}\) разряжаются с выделением галогена; \(\mathrm{OH^-}\) и вода дают кислород; \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), \(\mathrm{NO_3^-}\), \(\mathrm{CO_3^{2-}}\) обычно не разряжаются, вместо них окисляется вода.

\[2\mathrm{Cl^-}-2e^-\rightarrow\mathrm{Cl_2}\uparrow\]4
\[2\mathrm{H_2O}-4e^-\rightarrow\mathrm{O_2}\uparrow+4\mathrm{H^+}\]5

Таким образом, в смеси \(\mathrm{CuCl_2}\) и \(\mathrm{Na_2SO_4}\) на аноде сначала вероятнее всего выделяется хлор, а сульфат-ион остаётся в растворе. В нейтральной или щелочной записи вместо воды иногда используют гидроксид-ионы: \(4\mathrm{OH^-}-4e^-\rightarrow\mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2O}\).

i
Инертный и растворимый анод

При инертном аноде (уголь, платина) окисляются анионы раствора или вода. Если анод сделан из металла, который может окисляться, сам электрод иногда растворяется: \(\mathrm{Cu\rightarrow Cu^{2+}+2e^-}\). Поэтому перед выбором анодной полуреакции проверьте материал электрода. Подробный алгоритм см. на странице электролиз растворов с инертными электродами.

4. Алгоритм шешімдер тапсырма на смесь электролитов

  1. Запишите диссоциацию всех растворимых электролитов и добавьте воду как возможный қатысушы.
  2. Разделите частицы на катионы и анионы.
  3. Для катода выберите наиболее легко восстанавливающийся катион; сравните его с водой.
  4. Для анода выберите наиболее легко окисляющийся анион; проверьте, не растворяется ли электрод.
  5. Запишите полуреакции и уравняйте число электронов. Для этого полезна бет электронный баланс при электролизе.
  6. Составьте суммарное уравнение, если это требуется, и определите продукты: металл, водород, галоген или кислород.
  7. Проверьте, какие ионы остались в растворе и как изменились его свойства.
№
Разобранный пример

Определим продукты электролиза водного раствора смеси \(\mathrm{CuSO_4}\) и \(\mathrm{NaCl}\) при инертных электродах. Считаем, что концентрации обычные, а ионы меди и хлорида ещё не израсходованы.

1
1. Определяем частицы раствора.
\(\displaystyle \mathrm{CuSO_4\rightarrow Cu^{2+}+SO_4^{2-}};\quad \mathrm{NaCl\rightarrow Na^+ + Cl^-};\quad \mathrm{H_2O}\)
2
2. Выбираем катодную реакцию. \(\mathrm{Cu^{2+}}\) восстанавливается легче, чем вода, а \(\mathrm{Na^+}\) из водного раствора не разряжается.
\(\displaystyle \mathrm{Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu}\)
3
3. Выбираем анодную реакцию. Хлорид-ион окисляется легче сульфат-иона и воды при данных школьных условиях.
\(\displaystyle 2\mathrm{Cl^-}-2e^-\rightarrow\mathrm{Cl_2}\uparrow\)
4
4. Складываем полуреакции; электроны сокращаются.
\(\displaystyle \mathrm{Cu^{2+}+2Cl^-\rightarrow Cu+Cl_2}\uparrow\)
5
5. Записываем вывод о наблюдениях.
\(\displaystyle \text{катод: медь; анод: хлор; }\mathrm{Na^+},\mathrm{SO_4^{2-}}\text{ остаются в растворе}\)

Если электролиз продолжать после расходования \(\mathrm{Cu^{2+}}\) немесе \(\mathrm{Cl^-}\), продукты могут измениться: на катоде начнёт выделяться водород, а на аноде — кислород. Поэтому ответ «медь и хлор» относится к указанному этапу и условиям.

!
Частые ошибки

1. Путают знак электрода: при электролизе катод отрицательный, анод положительный. 2. Считают, что любой металл выделяется из воды: активные металлы обычно вытесняются водородом из воды. 3. Разряжают сульфат или нитрат вместо воды: в типичных школьных задачах эти анионы остаются в растворе. 4. Забывают конкуренцию воды. 5. Не учитывают растворимый анод. 6. Составляют молекулярное уравнение до записи полуреакций и теряют электронный баланс.

5. Изменение продуктов и состава раствора

Продукты зависят от того, какие ионы расходуются первыми. При осаждении металла концентрация его катионов уменьшается. При выделении галогена расходуется соответствующий анион. При восстановлении воды образуются \(\mathrm{OH^-}\), а при окислении воды — \(\mathrm{H^+}\). Поэтому около катода раствор может становиться щелочным, около анода — кислым.

УчастокТип процессаВозможное изменение среды
КатодВосстановление водыОбразуются \(\mathrm{OH^-}\), среда становится щелочной
КатодОсаждение металлаКатион металла удаляется из раствора
АнодОкисление водыОбразуются \(\mathrm{H^+}\), среда становится кислой
АнодОкисление галогид-ионаВыделяется галоген, анион расходуется

Для определения наблюдаемых веществ можно использовать страницу определение продуктов электролиза, а для количественных расчётов — бет полуреакции электролиза и выход по току.

Q
Жылдам тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · катод
Какая частица обычно восстанавливается на катоде первой в смеси \(\mathrm{Ag^+}\) и \(\mathrm{Na^+}\)?
Главное за минуту

Главное

  • Катод — место восстановления, анод — место окисления; при электролизе катод отрицательный, анод положительный.
  • В смеси сначала сравнивают все катионы с водой на катоде и все анионы с водой на аноде.
  • Малоактивные металлы обычно осаждаются, активные металлы заменяются водородом из воды.
  • Галогид-ионы обычно дают галогены; сульфат-, нитрат- и карбонат-ионы чаще остаются в растворе, а вода даёт кислород.
  • После расходования конкурирующего иона продукт на электроде может измениться, поэтому всегда учитывают этап электролиза и материал анода.