Задания № 18, 20 · ЕГЭ

Электролиз раствора хлорида натрия

Продукты электролиза водного раствора NaCl, электродные полуреакции и суммарное уравнение процесса

6 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

Электролиз водного раствора хлорида натрия — это окислительно-восстановительный процесс, при котором на катоде обычно образуется водород, на аноде — хлор, а в растворе накапливается гидроксид натрия. Чтобы правильно определить продукты, нужно отдельно рассмотреть конкурирующие частицы у каждого электрода.

Что происходит при электролизе раствора NaCl

Раствор хлорида натрия содержит ионы \(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{Cl^-}\), а также молекулы воды. При подключении постоянного тока к электродам катионы движутся к отрицательному катоду, а анионы — к положительному аноду. Электроды могут быть инертными, например графитовыми или платиновыми: они проводят ток и практически не расходуются.

Электролиз

Электролиз — это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. На катоде всегда идёт восстановление, на аноде — окисление.

В водном растворе натрий не выделяется в виде металла. Ион \(\mathrm{Na^+}\) очень трудно восстановить, поэтому на катоде восстанавливаются молекулы воды. На аноде в концентрированном растворе хлорида натрия преимущественно окисляются хлорид-ионы, а не вода. Подробную последовательность выбора частиц см. на странице последовательности разряда ионов.

Правило для раствора NaCl

Для водного раствора хлорида натрия с инертными электродами: на катоде восстанавливается вода с выделением \(\mathrm{H_2}\), на аноде окисляются ионы \(\mathrm{Cl^-}\) с выделением \(\mathrm{Cl_2}\). В растворе остаются ионы \(\mathrm{Na^+}\) и образуются ионы \(\mathrm{OH^-}\).

Полуреакция на катоде: образование водорода

Катод имеет отрицательный заряд. К нему направляются катионы, однако в воде конкурируют \(\mathrm{Na^+}\) и молекулы \(\mathrm{H_2O}\). Восстановление натрия из водного раствора не происходит: вместо этого вода принимает электроны и превращается в водород и гидроксид-ионы.

\[2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow \mathrm{H_2}\uparrow+2\mathrm{OH^-}\]1

Эта полуреакция показывает сразу два результата: выделяется газообразный водород и увеличивается концентрация гидроксид-ионов. Поэтому около катода раствор становится щелочным. Подробнее механизм восстановления воды разобран на странице восстановлении воды на катоде.

Частая ошибка

Нельзя записывать \(\mathrm{Na^++e^-\rightarrow Na}\) для водного раствора. Такая запись относится к расплаву соли, где нет воды. В растворе NaCl на катоде образуется \(\mathrm{H_2}\).

Полуреакция на аноде: образование хлора

Анод имеет положительный заряд. К нему движутся анионы. В концентрированном растворе хлорида натрия хлорид-ионы отдают электроны и превращаются в молекулы хлора. Это окисление, поскольку степень окисления хлора изменяется от \(-1\) до \(0\).

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

Хлор — желтовато-зелёный токсичный газ с резким запахом. В школьной задаче обычно считают, что он выделяется на инертном аноде. Вопрос о конкуренции хлорид-ионов и воды рассмотрен в теме разряда галогенид-ионов.

Концентрация раствора

Для концентрированного раствора NaCl обычно записывают выделение хлора. В разбавленном растворе окисление воды может конкурировать с окислением хлорид-ионов, поэтому условие задачи важно читать полностью.

Микро-проверка

Какая частица восстанавливается на катоде при электролизе водного раствора NaCl с инертными электродами?

Суммарное уравнение и продукты процесса

Чтобы получить суммарное уравнение, складывают катодную и анодную полуреакции. Число электронов в обеих полуреакциях уже одинаково: два электрона отданы на аноде и приняты на катоде. Электроны сокращаются. Ионы натрия не участвуют непосредственно в электродных реакциях, но соединяются с образующимися гидроксид-ионами в растворе.

Записываем восстановление воды на катоде.

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

Записываем окисление хлорид-ионов на аноде.

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

Складываем полуреакции и сокращаем электроны.

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

Добавляем ионы натрия и объединяем их с гидроксид-ионами.

\(\displaystyle 2\mathrm{NaCl}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow \mathrm{H_2}+\mathrm{Cl_2}+2\mathrm{NaOH}\)

\[2\mathrm{NaCl}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow 2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H_2}\uparrow+\mathrm{Cl_2}\uparrow\]3

Запомнить

При электролизе раствора NaCl образуются три основных продукта: водород \(\mathrm{H_2}\) на катоде, хлор \(\mathrm{Cl_2}\) на аноде и гидроксид натрия \(\mathrm{NaOH}\) в растворе.

Участок процесса	Частица	Полуреакция	Результат
Катод, −	\(\mathrm{H_2O}\)	\(2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}+2\mathrm{OH^-}\)	Водород, щелочная среда
Анод, +	\(\mathrm{Cl^-}\)	\(2\mathrm{Cl^-}\rightarrow\mathrm{Cl_2}+2e^-\)	Хлор
Раствор	\(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{OH^-}\)	\(\mathrm{Na^+}+\mathrm{OH^-}\rightarrow\mathrm{NaOH}\)	Гидроксид натрия

Разобранный пример

№

Пример экзаменационного уровня

При электролизе концентрированного водного раствора хлорида натрия с инертными электродами получили \(0{,}20\) моль хлора. Определите количество вещества водорода и гидроксида натрия, если побочные процессы не учитываются.

Показать решение Решение

Используем суммарное уравнение: \(2\mathrm{NaCl}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow 2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H_2}+\mathrm{Cl_2}\). По коэффициентам на 1 моль \(\mathrm{Cl_2}\) приходится 1 моль \(\mathrm{H_2}\) и 2 моль \(\mathrm{NaOH}\).

Находим количество водорода по соотношению коэффициентов.

\(\displaystyle n(\mathrm{H_2})=n(\mathrm{Cl_2})=0{,}20\ \mathrm{моль}\)

Находим количество гидроксида натрия.

\(\displaystyle n(\mathrm{NaOH})=2n(\mathrm{Cl_2})=2\cdot0{,}20=0{,}40\ \mathrm{моль}\)

Ответ: \(n(\mathrm{H_2})=0{,}20\) моль; \(n(\mathrm{NaOH})=0{,}40\) моль.

Не путайте коэффициенты

Объёмы газов \(\mathrm{H_2}\) и \(\mathrm{Cl_2}\) при одинаковых условиях равны, потому что их количества относятся как \(1:1\). Количество \(\mathrm{NaOH}\) в два раза больше количества каждого из этих газов.

Связь с другими задачами по электролизу

В расчётных заданиях сначала определяют продукт по электродной полуреакции, затем используют коэффициенты уравнения или закон Фарадея. Для связи между количеством электронов и количеством вещества применяют формулу, где \(Q\) — заряд, \(I\) — сила тока, \(t\) — время, \(F\) — постоянная Фарадея.

\[Q=It,\qquad n(e^-)=\frac{Q}{F}=\frac{It}{F}\]4

В электролизе NaCl два электрона соответствуют образованию одного моля \(\mathrm{H_2}\) и одного моля \(\mathrm{Cl_2}\). При решении полезно выписывать именно полуреакции, а не угадывать продукты по формуле соли. Сравнить этот подход можно с материалом о полуреакциях электролиза и уравнениях электродных процессов.

Определите, какой электрод является катодом, а какой — анодом.
Укажите частицы-конкуренты: ионы соли и воду.
Запишите восстановление на катоде и окисление на аноде.
Уравняйте электроны и сложите полуреакции.
Проверьте атомы и заряд в итоговом уравнении.

Быстрый тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса

Вопрос 1 / 4

Вопрос 1 из 4 · продукты

Какой газ выделяется на катоде?

Главное за минуту

Главное

В водном растворе NaCl на катоде восстанавливается вода, а не ионы натрия.
На катоде выделяется \(\mathrm{H_2}\), на аноде — \(\mathrm{Cl_2}\) при концентрированном растворе.
В растворе образуется \(\mathrm{NaOH}\), поэтому среда около катода становится щелочной.
Суммарное уравнение: \(2\mathrm{NaCl}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H_2}+\mathrm{Cl_2}\).
Для расчётов используйте коэффициентные соотношения и при необходимости закон Фарадея.