Условие задачи

Установите соответствие между формулой вещества и уравнением процесса, протекающего на катоде при электролизе водного раствора этого вещества.

Формула вещества

Уравнение катодного процесса

А) HNO3

1) 2H+ + 2ē ⟶ H2

Б) KOH

2) 2H2O + 2ē ⟶ H2 + 2OH-

В) BaCl2

3) К+ — ē ⟶ K0

Г) AgNO3

4) Ba2+ + 2ē ⟶ Ba0

5) Ag+ + ē ⟶ Ag0

6) 4OH- — 4ē ⟶ O2 + 2H2O

Решение

Нам дана задача по электролизу, которая относится к химии (электрохимия). Нужно для каждого вещества из его водного раствора установить, какое уравнение происходит на катоде.

Рассмотрим каждое вещество и возможные процессы на катоде, где происходит восстановление (приём ē):

1. Раствор HNO₃. Этот раствор – кислый, в нём практически все молекулы HNO₃ диссоциируют на H⁺ и NO₃⁻. На катоде редукция происходит за счёт ионов водорода, и реакция имеет вид
2H⁺ + 2ē ⟶ H₂.
Это соответствует варианту (1).

2. Раствор KOH – щёлочной раствор, где присутствуют избыток OH⁻ и молекул воды. При электролизе в щелочной среде на катоде невозможно восстановить ионы калия (K⁺) до металлического калия, так как восстановительный потенциал K⁺ сильно отрицательный и вместо этого происходит восстановление воды:
2H₂O + 2ē ⟶ H₂ + 2OH⁻.
Это соответствует варианту (2).

3. Раствор BaCl₂ – раствор хлорида бария. Здесь ионы Ba²⁺ тоже слишком «активны» (их восстановительный потенциал крайне отрицательный), и их восстановление до металлического бария не происходит в водном растворе. Поэтому на катоде восстанавливается вода по тому же механизму, что и в нейтральном (или слабощелочном) растворе. Результирующее уравнение:
2H₂O + 2ē ⟶ H₂ + 2OH⁻.
Таким образом, процесс тот же, что и в растворе KOH, поэтому для BaCl₂ также подходит вариант (2).

4. Раствор AgNO₃ – раствор нитрата серебра. В нём ионы Ag⁺ легко восстанавливаются до металлического серебра:
Ag⁺ + ē ⟶ Ag.
Это соответствует варианту (5).

Остальные представленные уравнения – (3) и (4) относятся к восстановлению щёлочных (K⁺) или землёных (Ba²⁺) металлов, которое в водных растворах практически не происходит, а вариант (6) – это уравнение анодного процесса (окисление OH⁻ с образованием O₂), поэтому они не подходят к катодным процессам.

Подытожим соответствие:

А) HNO₃ ⟶ (1) 2H⁺ + 2ē ⟶ H₂
Б) KOH ⟶ (2) 2H₂O + 2ē ⟶ H₂ + 2OH⁻
В) BaCl₂ ⟶ (2) 2H₂O + 2ē ⟶ H₂ + 2OH⁻
Г) AgNO₃ ⟶ (5) Ag⁺ + ē ⟶ Ag

Таким образом, окончательный ответ:

A – 1, B – 2, C – 2, D – 5.