Задание №20 — Теоретические основы химии

Решение.

Разберем каждый случай получения вещества с помощью электролиза, опираясь на правила процессов на катоде и аноде.

А) Фтор (F₂)
Фтор — самый электроотрицательный элемент, поэтому его невозможно получить электролизом водного раствора. В водном растворе вместо фторид-ионов на аноде всегда будет окисляться вода с выделением кислорода. Для получения свободного фтора используют электролиз расплавов фторидов. При электролизе расплава фторида натрия (NaF) происходят следующие процессы:
Катод (-): Na⁺ + e⁻ → Na⁰
Анод (+): 2F⁻ − 2e⁻ → F₂↑
Следовательно, подходит вариант №4.

Б) Этан (C₂H₆)
Этан является продуктом электролиза водных растворов солей карбоновых кислот (реакция Кольбе). При электролизе ацетата натрия (CH₃COONa) на аноде происходит окисление ацетат-анионов:
2CH₃COO⁻ − 2e⁻ → C₂H₆↑ + 2CO₂↑
На катоде в это время восстанавливается вода с выделением водорода (H₂), так как натрий — активный металл. Таким образом, этан получается из водного раствора ацетата натрия. Подходит вариант №3.

В) Натрий (Na)
Натрий — активный металл (стоит в ряду напряжений значительно левее водорода). При электролизе водных растворов его солей на катоде всегда будет выделяться водород из воды, а ионы натрия останутся в растворе. Чтобы получить металлический натрий, необходимо проводить электролиз расплава его соли (например, фторида или хлорида натрия).
Процесс в расплаве NaF:
Катод (-): Na⁺ + e⁻ → Na⁰
Анод (+): 2F⁻ − 2e⁻ → F₂↑
Подходит вариант №4.

Г) Кислород (O₂)
Кислород выделяется на аноде при электролизе водных растворов солей, содержащих кислородсодержащие анионы (SO₄²⁻, NO₃⁻ и др.) или фторид-ионы (F⁻). Фторид-ион в водном растворе не окисляется из-за своей высокой электроотрицательности, вместо него окисляется вода:
Анод (+): 2H₂O − 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺
При электролизе водного раствора фторида натрия (NaF) на аноде выделяется именно кислород. Подходит вариант №1.

Ответ: А — 4, Б — 3, В — 4, Г — 1.

Источник: ФИПИ