Задание 20: Электролиз расплавов и растворов

В экзаменационных и тренировочных вариантах задание 20 встречается в двух форматах:

1. Задание на соответствие. Даны формулы веществ (солей, оснований, кислот) и список возможных продуктов электролиза. Нужно сопоставить каждой формуле продукт, образующийся на катоде или на аноде при электролизе водного раствора этого вещества. Ответ записывается цифрами без пробелов, например «3534».
2. Расчётная задача. По известной силе тока, времени электролиза или массе выделившегося вещества нужно найти другую величину, используя закон Фарадея.

…

• Электролиз — окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах под действием постоянного электрического тока, пропускаемого через расплав или раствор электролита.
• На катоде (отрицательный электрод) всегда идёт восстановление — присоединение электронов.
• На аноде (положительный электрод) всегда идёт окисление — отдача электронов.
• При электролизе расплава: на катоде восстанавливается катион металла до простого вещества, на аноде окисляется анион до простого вещества (кислорода, галогена, серы и т. д.), вода в процессе не участвует.
• При электролизе водного раствора конкурентом иона выступает вода, поэтому нужно знать три группы катионов и две группы анионов.

Катод (правила для раствора):

• Катионы металлов от $\mathrm{Li^+}$ до $\mathrm{Al^{3+}}$ (включительно, левее алюминия в ряду активности) не восстанавливаются — вместо них идёт реакция $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-$.
• Катионы металлов средней активности (от $\mathrm{Mn^{2+}}$ до $\mathrm{Pb^{2+}}$, то есть до водорода) в заданиях ЕГЭ обычно считаются восстанавливающимися до металла.
• Катионы металлов правее водорода ($\mathrm{Cu^{2+}}, \mathrm{Ag^+}, \mathrm{Hg^{2+}}, \mathrm{Au^{3+}}$ и др.) всегда восстанавливаются до металла.
• Ионы $H^+$ (в кислотах) восстанавливаются до $H_2$.

Анод, инертный электрод (правила для раствора):

• Анионы бескислородных кислот, кроме фторид-иона: $Cl^-, Br^-, I^-, S^{2-}$ — окисляются до простого вещества ($Cl_2, Br_2, I_2, S$). …

Для задания на соответствие:

1. Записать формулу вещества и определить, из чего оно состоит: катион металла (или водорода) и анион кислотного остатка (или гидроксид-ион).
2. Проверить, о расплаве или растворе идёт речь — от этого зависит, участвует ли вода.
3. Для катода определить группу металла по ряду активности: до алюминия — водород из воды; от марганца до свинца — обычно металл; после водорода — металл.
4. Для анода определить тип аниона: бескислородный (кроме фторида) — простое вещество; кислородсодержащий или фторид — кислород из воды.
5. Сопоставить полученный продукт с предложенным списком цифр.
6. Повторить для каждой буквы и собрать итоговую последовательность цифр.

Для расчётной задачи:

1. Определить, какой процесс происходит на нужном электроде, и записать полуреакцию.
2. Найти число электронов, участвующих в образовании одной молекулы (моля) продукта. …