РУҚА
Тапсырмалар № 22, 23 · ЕГЭ

Определение продуктов электролиза

Алгоритм определения веществ, выделяющихся у катода и анода при электролизе расплавов и растворов
6 мин чтенияҚиындық: Обновлено 29 қыркүйек 2026

Чтобы определить продукты электролиза, сначала установите состав электролита и материал электродов, затем отдельно разберите процессы на катоде и аноде. Учитывайте, что в водном растворе конкурируют частицы электролита и молекулы воды, а растворимый анод сам может участвовать в реакции.

Основные понятия и знаки электродов

Полуреакции электролиза протекают на двух электродах. Катод соединён с отрицательным полюсом источника постоянного тока; на нём идёт восстановление, то есть присоединение электронов. Анод соединён с положительным полюсом; на нём идёт окисление, то есть отдача электронов.

D
Определения

Катод: восстановление и присоединение электронов. Анод: окисление и отдача электронов. Знаки катода и анода в электролизёре противоположны знакам электродов гальванического элемента.

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

Электроны во внешней цепи поступают к катоду, поэтому положительно заряженные частицы движутся к катоду, а отрицательно заряженные — к аноду. Однако знак иона сам по себе не всегда полностью определяет продукт: в растворе вода может разряжаться вместо иона.

Универсальный алгоритм

  1. Определите среду: расплав или водный раствор. В расплаве воды нет, поэтому разряжаются только ионы электролита.
  2. Запишите ионы электролита. Для соли \(\mathrm{MX}\) это обычно катион \(\mathrm{M^{n+}}\) и анион \(\mathrm{X^{m-}}\).
  3. Уточните материал электродов: инертный электрод не расходуется, а растворимый анод окисляется и переходит в раствор.
  4. На катоде выберите частицу, которая восстанавливается: катион металла или вода.
  5. На аноде выберите частицу, которая окисляется: анион, вода или материал растворимого анода.
  6. Запишите полуреакции, уравняйте число электронов и при необходимости составьте суммарное уравнение электролиза.
T
Главное правило

В расплаве на катоде восстанавливается катион, а на аноде окисляется анион. В водном растворе на каждом электроде сравнивают разряжающиеся частицы с водой и учитывают активность металла и состав аниона.

Электролиз расплавов

В расплаве отсутствуют молекулы воды, поэтому выбор проще. Например, в расплаве хлорида натрия к катоду движутся ионы натрия, а к аноду — хлорид-ионы.

2NaCl → 2Na + Cl2Электролиз расплава хлорида натрия; электроды инертные.

Полуреакции: на катоде \(\mathrm{Na^+ + e^- \rightarrow Na}\), на аноде \(\mathrm{2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2}\). Если расплав содержит оксид металла, на катоде выделяется металл, а на аноде обычно образуется кислород: \(\mathrm{2O^{2-} - 4e^- \rightarrow O_2}\).

Приём для расплава

Сначала мысленно уберите растворитель: в расплаве не существует конкуренции с водой. Затем катион поставьте в катодную полуреакцию, а анион — в анодную.

Водные растворы: катод

На катоде возможны два основных варианта: восстановление катиона металла или восстановление воды с выделением водорода. Для металлов, стоящих после водорода в ряду активности, обычно записывают восстановление катиона: \(\mathrm{Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu}\), \(\mathrm{Ag^+ + e^-\rightarrow Ag}\).

Для активных металлов — например, калия, натрия, кальция, магния и алюминия — в водном растворе обычно восстанавливается вода. В нейтральной или щелочной записи: \(\mathrm{2H_2O+2e^-\rightarrow H_2+2OH^-}\). В кислой среде используют жазба \(\mathrm{2H^+ +2e^-\rightarrow H_2}\).

УсловиеПроцесс на катодеПродукт
Катион неактивного металла, например \(\mathrm{Cu^{2+}}\)\(\mathrm{Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu}\)Металл
Катион активного металла, например \(\mathrm{Na^+}\)\(\mathrm{2H_2O+2e^-\rightarrow H_2+2OH^-}\)Водород
Раствор сильной кислоты\(\mathrm{2H^+ +2e^-\rightarrow H_2}\)Водород
Микро-проверка

Что выделяется на катоде при электролизе водного раствора \(\mathrm{CuSO_4}\) с инертными электродами?

Водные растворы: анод

На инертном аноде окисляется либо анион, либо вода. Галогенид-ионы, кроме фторид-ионов, обычно дают галоген: \(\mathrm{2Cl^- -2e^-\rightarrow Cl_2}\), \(\mathrm{2Br^- -2e^-\rightarrow Br_2}\), \(\mathrm{2I^- -2e^-\rightarrow I_2}\).

Для кислородсодержащих анионов — сульфата, нитрата, карбоната, фосфата — обычно окисляется вода: \(\mathrm{2H_2O-4e^-\rightarrow O_2+4H^+}\). На практике состав раствора у анода может изменяться из-за появления ионов водорода.

Запомнить для инертного анода

Галогениды \(\mathrm{Cl^-}\), \(\mathrm{Br^-}\) и \(\mathrm{I^-}\) обычно дают соответствующий галоген. Кислородсодержащие анионы обычно не разряжаются: окисляется вода, выделяется кислород.

Если анод изготовлен из металла, способного окисляться, он может быть растворимым анодом. Тогда главная анодная полуреакция имеет вид \(\mathrm{M\rightarrow M^{n+}+ne^-}\), а металл анода переходит в раствор. Это особенно важно при электролизе растворов солей меди, никеля и других металлов с анодом из того же металла.

катод −анод +катионы →← анионыэлектролит
Направление движения ионов в электролизёре: катионы идут к катоду, анионы — к аноду.

Разобранный пример

Определим продукты электролиза водного раствора \(\mathrm{CuCl_2}\) с инертными электродами и запишем суммарное уравнение.

Показать Шешім Шешім
1
В растворе присутствуют \(\mathrm{Cu^{2+}}\), \(\mathrm{Cl^-}\) и вода. Электроды инертные, поэтому они не расходуются.
\(\displaystyle \mathrm{CuCl_2\rightarrow Cu^{2+}+2Cl^-}\)
2
На катоде восстанавливается катион меди, так как медь менее активна, чем водород.
\(\displaystyle \mathrm{Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu}\)
3
На аноде окисляются хлорид-ионы.
\(\displaystyle \mathrm{2Cl^- -2e^-\rightarrow Cl_2}\)
4
Складываем полуреакции: электроны сокращаются, ионы объединяются в исходную соль.
\(\displaystyle \mathrm{CuCl_2\rightarrow Cu+Cl_2}\)
№
Жауап

На катоде выделяется медь \(\mathrm{Cu}\), на аноде — хлор \(\mathrm{Cl_2}\). Раствор постепенно обедняется ионами \(\mathrm{Cu^{2+}}\) и \(\mathrm{Cl^-}\).

Сравнение типичных случаев

Электролит и электродыКатодный продуктАнодный продукт
Расплав \(\mathrm{NaCl}\), инертные\(\mathrm{Na}\)\(\mathrm{Cl_2}\)
Раствор \(\mathrm{NaCl}\), инертные\(\mathrm{H_2}\)\(\mathrm{Cl_2}\)
Раствор \(\mathrm{CuSO_4}\), инертные\(\mathrm{Cu}\)\(\mathrm{O_2}\)
Раствор \(\mathrm{CuSO_4}\), медный анод\(\mathrm{Cu}\)Растворение меди, \(\mathrm{Cu^{2+}}\)
Раствор \(\mathrm{AgNO_3}\), инертные\(\mathrm{Ag}\)\(\mathrm{O_2}\)

Для раствора хлорида натрия с инертными электродами катодная реакция воды образует водород и гидроксид-ионы, а анодная реакция хлоридов — хлор. Поэтому рядом с катодом раствор становится щелочным. Не следует автоматически считать, что любой катион даёт металл, а любой анион — неметалл.

!
Частые ошибки

1. Путают анод и катод: при электролизе катод отрицательный, анод положительный. 2. Считают, что в растворе всегда выделяется металл: для активных металлов восстанавливается вода. 3. Записывают разряд сульфата или нитрата вместо окисления воды. 4. Забывают проверить материал анода: растворимый анод расходуется. 5. Не уравнивают электроны и атомы в полуреакциях. 6. Переносят правило для раствора на расплав, где воды нет.

Контроль перед записью ответа

  • Указаны агрегатное состояние электролита и наличие воды.
  • Знаки катода и анода определены именно для электролиза.
  • Проверено, инертны ли электроды или анод растворимый.
  • Для каждой полуреакции соблюдены заряд и число атомов.
  • После суммирования электронов продукты согласуются с составом раствора.
Q
Жылдам тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · расплавы
Какой продукт образуется на катоде при электролизе расплава \(\mathrm{KBr}\)?
Главное за минуту

Кратко

  • Катод — отрицательный электрод электролизёра, на нём идёт восстановление; анод — положительный, на нём идёт окисление.
  • В расплавах разряжаются только ионы электролита; в водных растворах конкурирует вода.
  • На катоде активные металлы обычно уступают воде, а менее активные металлы выделяются в виде простых веществ.
  • На инертном аноде галогениды обычно дают галогены, а кислородсодержащие анионы — кислород из воды.
  • Растворимый анод окисляется и переходит в раствор, поэтому материал электродов нужно проверять до записи полуреакций.