Задание №20 — Теоретические основы химии

Решение.

Для решения этой задачи вспомним правила электролиза водных растворов и расплавов солей на инертных электродах.

А) Кислород (O₂)
Рассмотрим электролиз водного раствора NaF (вариант 1).
На катоде: так как натрий — активный металл, происходит восстановление воды с выделением водорода: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.
На аноде: фторид-ион (F⁻) является самым трудноокисляемым анионом, поэтому вместо него окисляется вода с выделением кислорода: 2H₂O − 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺.
Следовательно, при электролизе водного раствора NaF выделяется кислород. (А → 1)

Б) Фтор (F₂)
Фтор — самый электроотрицательный элемент, поэтому его невозможно получить электролизом водного раствора (вместо него на аноде всегда будет выделяться кислород из воды). Фтор получают только электролизом расплавов фторидов. При электролизе расплава NaF (вариант 3) на аноде происходит окисление фторид-ионов: 2F⁻ − 2e⁻ → F₂↑. (Б → 3)

В) Водород (H₂)
Вернемся к электролизу водного раствора NaF (вариант 1). Как было отмечено выше, натрий — активный металл (стоит в ряду напряжений левее алюминия), поэтому на катоде восстанавливается вода и выделяется водород: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻. (В → 1)

Г) Натрий (Na)
Натрий — очень активный металл. Его невозможно получить электролизом водного раствора, так как на катоде всегда будет восстанавливаться вода. Для получения натрия используют электролиз расплавов его солей (например, хлорида или фторида). При электролизе расплава NaF (вариант 3) на катоде происходит восстановление ионов натрия: Na⁺ + e⁻ → Na⁰. (Г → 3)

Проверим остальные варианты:
2) Водный раствор CuBr₂: на катоде медь (Cu), на аноде бром (Br₂).
4) Водный раствор CuCl₂: на катоде медь (Cu), на аноде хлор (Cl₂).
5) Расплав SiO₂: технически сложный процесс, не используемый в школьном курсе для получения указанных простых веществ.

Ответ: А — 1, Б — 3, В — 1, Г — 3.

Источник: ФИПИ