Электричество может творить чудеса: оно может разорвать соединение на части. Пропустите ток через расплавленное или растворенное соединение, и оно расщепится на свои элементы.…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
4.1
Electrolysis · Электролиз
Syllabus · Программа
English
Core
Supplement
1 Define electrolysis as the decomposition of an ionic compound, when molten or in aqueous solution, by the passage of an electric current
8 Describe the transfer of charge during electrolysis to include: (a) the movement of electrons in the external circuit (b) the loss or gain of electrons at the electrodes (c) the movement of ions in the electrolyte
2 Identify in simple electrolytic cells: (a) the anode as the positive electrode (b) the cathode as the negative electrode (c) the electrolyte as the molten or aqueous substance that undergoes electrolysis
3 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of: (a) molten lead(II) bromide (b) concentrated aqueous sodium chloride (c) dilute sulfuric acid using inert electrodes made of platinum or carbon/graphite
9 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of aqueous copper(II) sulfate using inert carbon/graphite electrodes and when using copper electrodes
4 State that metals or hydrogen are formed at the cathode and that non-metals (other than hydrogen) are formed at the anode
5 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a binary compound in the molten state
10 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a halide compound in dilute or concentrated aqueous solution
11 Construct ionic half-equations for reactions at the anode (to show oxidation) and at the cathode (to show reduction)
6 State that metal objects are electroplated to improve their appearance and resistance to corrosion
7 Describe how metals are electroplated
Русский
Базовый
Дополнительно
1 Определять электролиз как разложение ионного соединения, находящегося в расплаве или водном растворе, под действием электрического тока
8 Описывать перенос заряда во время электролиза, включая: (a) движение электронов во внешней цепи (b) потерю или присоединение электронов на электродах (c) движение ионов в электролите
2 Определять в простых электролитических ячейках: (a) анод как положительный электрод (b) катод как отрицательный электрод (c) электролит как расплав или водный раствор, подвергающийся электролизу
3 Определять продукты, образующиеся на электродах, и описывать наблюдения, сделанные во время электролиза: (a) расплавленного бромидсвинца(II) (b) концентрированного водного раствора хлорида натрия (c) разбавленной серной кислоты с использованием инертных электродов из платины или углерода/графита
9 Определять продукты, образующиеся на электродах, и описывать наблюдения, сделанные во время электролиза водного раствора сульфата меди(II) с использованием инертных углеродных/графитовых электродов и при использовании медных электродов
4 Утверждать, что на катоде образуются металлы или водород, а на аноде — неметаллы (кроме водорода)
5 Предсказывать идентичность продуктов на каждом электроде при электролизе бинарного соединения в расплавленном состоянии
10 Предсказывать идентичность продуктов на каждом электроде при электролизе галогенидного соединения в разбавленном или концентрированном водном растворе
11 Составлять ионные полуреакции для реакций на аноде (для демонстрации окисления) и на катоде (для демонстрации восстановления)
6 Утверждать, что металлические изделия электропокрывают для улучшения их внешнего вида и устойчивости к коррозии
7 Описывать процесс электропокрытия металлов
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Electrolysis: ions discharge at the electrodes
Electrolysis 电解 is the breaking down (decomposition 分解) of an ionic compound 离子化合物 — when it is molten 熔融 or in aqueous 水溶液 solution — by passing an electric current 电流 through it.
It only works when the substance is molten or dissolved, because then the ions 离子 are free to move and carry the charge. A solid ionic compound cannot be electrolysed because its ions are locked in place.
The electrolytic cell
The set-up is called an electrolytic cell 电解池. Two electrodes 电极 (solid conductors) dip into the electrolyte 电解质 — the molten or aqueous substance being broken down.
The anode 阳极 is the positive ($+$) electrode.
The cathode 阴极 is the negative ($-$) electrode.
The electrodes are often inert 惰性 (they do not react), such as platinum 铂 or carbon/graphite 石墨.
What is formed at each electrode
There is a simple rule:
Metals 金属 or hydrogen 氢气 are formed at the cathode.
Non-metals 非金属 (other than hydrogen) are formed at the anode.
For aqueous solutions, the product can depend on whether the solution is dilute 稀 or concentrated 浓. Here are the three Core examples:
Electrolyte
At the cathode ($-$)
At the anode ($+$)
molten lead(II) bromide, $\text{PbBr}_2$
lead 铅 (silvery liquid)
bromine 溴 (red-brown vapour)
concentrated aqueous sodium chloride
hydrogen (bubbles of gas)
chlorine 氯气 (pale green gas)
dilute sulfuric acid 硫酸
hydrogen (bubbles of gas)
oxygen 氧气 (bubbles of gas)
Worked example. Predict the products of electrolysing molten zinc chloride, $\text{ZnCl}_2$. Because it is molten, only zinc ions and chloride ions are present - there is no water to complicate things. Zinc is a metal, so it forms at the cathode: $\text{Zn}^{2+}$ ions gain electrons and silvery zinc appears. Chlorine is a non-metal, so it forms at the anode: pale green chlorine gas bubbles off. Always check the state first. A molten compound simply gives you its own two elements, while an aqueous one brings water into the competition - which is why concentrated sodium chloride solution gives hydrogen at the cathode rather than sodium.
How the charge moves
During electrolysis:
Electrons 电子 move through the wires (the external circuit 外电路) from the power supply.
At the cathode, positive ions gain electrons. Gaining electrons is reduction 还原.
At the anode, negative ions lose electrons. Losing electrons is oxidation 氧化.
Inside the electrolyte, the ions move: positive ions go to the cathode and negative ions go to the anode.
You can write a half-equation 半反应式 for each electrode. For molten lead(II) bromide:
The product at the anode depends on the electrode:
With inert carbon electrodes: copper 铜 forms at the cathode and oxygen forms at the anode. The blue colour of the solution slowly fades as copper is removed.
With copper electrodes: copper forms at the cathode, while the anode itself dissolves into the solution. The blue colour stays the same. This is used to purify copper.
Electroplating
Electroplating 电镀 means covering a metal object with a thin layer of another metal. This improves its appearance and its resistance to corrosion 腐蚀 (rusting and wearing away).
To electroplate an object:
the object to be coated is made the cathode;
the plating metal is made the anode;
the electrolyte is a solution containing ions of the plating metal.
Русский
Электролиз: ионы разряжаются на электродах
Электролиз — это разложение (разложение) ионного соединения — когда оно находится в расплавленном состоянии или в водном растворе — под действием пропускаемого через него электрического тока.
Ячейка электролиза расщепляет соединение с помощью электрического тока.
Это работает только тогда, когда вещество расплавлено или растворено, так как тогда ионы свободны для движения и переносят заряд. Твердое ионное соединение нельзя электролизовать, поскольку его ионы зафиксированы.
Электролиз воды: пузырьки газа выделяются у каждого электрода и собираются в пробирках сверху; водорода получается примерно в два раза больше, чем кислорода
Электролитическая ячейка
Эта установка называется электролитической ячейкой. Два электрода (твердые проводники) погружены в электролит — расплавленное или водное вещество, которое разлагается.
Анод — это положительный ($+$) электрод.
Катод — это отрицательный ($-$) электрод.
Электроды часто делают инертными (они не вступают в реакцию), например из платины или углерода/ графита.
Что образуется на каждом электроде
Существует простое правило:
Металлы и водород образуются на катоде; неметаллы — на аноде
На катоде образуются металлы или водород.
На аноде образуются неметаллы (кроме водорода).
Для водных растворов продукт может зависеть от того, является ли раствор разбавленным или концентрированным. Вот три основных примера для курса Core:
Электролит
На катоде ($-$)
На аноде ($+$)
расплав бромидов свинца(II), $\text{PbBr}_2$
свинец (серебристая жидкость)
бром (красно-коричневый пар)
концентрированный водный раствор хлорида натрия
водород (пузырьки газа)
хлор (бледно-зеленый газ)
разбавленная серная кислота
водород (пузырьки газа)
кислород (пузырьки газа)
Разобраннный пример. Предскажите продукты электролиза расплава хлорида цинка, $\text{ZnCl}_2$. Поскольку это расплав, присутствуют только ионы цинка и хлорид-ионы — нет воды, которая могла бы усложнить ситуацию. Цинк — металл, поэтому он образуется на катоде: $\text{Zn}^{2+}$ ионы принимают электроны, и появляется серебристый цинк. Хлор — неметалл, поэтому он образуется на аноде: пузырится бледно-зеленый хлорный газ. Всегда сначала проверяйте агрегатное состояние. Расплав соединения просто дает его два элемента, тогда как водный раствор вовлекает воду в конкуренцию — именно поэтому концентрированный раствор хлорида натрия дает водород на катоде, а не натрий.
Как перемещается заряд
Во время электролиза:
Электроны движутся по проводам (внешняя цепь) от источника питания.
На катоде положительные ионы принимают электроны. Прием электронов — это восстановление.
На аноде отрицательные ионы теряют электроны. Потеря электронов — это окисление.
Внутри электролита ионы движутся: положительные ионы идут к катоду, а отрицательные — к аноду.
Вы можете записать полуреакцию для каждого электрода. Для расплава бромидов свинца(II):
В расплаве бромидов свинца(II) $\text{Pb}^{2+}$ движется к катоду, а $\text{Br}^-$ — к аноду, где оба разряжаются
Электролиз сульфата меди(II)
Продукт на аноде зависит от типа электрода:
При использовании инертных углеродных электродов: на катоде образуется медь, а на аноде — кислород. Синий цвет раствора медленно исчезает по мере удаления меди.
При использовании медных электродов: медь образуется на катоде, а сам анод растворяется в растворе. Синий цвет остается прежним. Это используется для очистки (рафинирования) меди.
Электропокрытие (гальванопластика)
Электропокрытие означает нанесение тонкого слоя другого металла на металлический предмет. Это улучшает его внешний вид и устойчивость к коррозии (ржавлению и износу).
Чтобы нанести электропокрытие на объект:
покрываемый объект делают катодом;
покрывающий металл делают анодом;
электролитом служит раствор, содержащий ионы покрывающего металла.
Для гальванизации сделайте объект катодом, а металл покрытия — анодом, поместив их в раствор ионов этого металла
Explore · Исследовать
Inside an electrolysis cell · Внутри электролитической ячейки
Pick an electrolyte and watch ions move: positive ions to the cathode, negative ions to the anode. · Выберите электролит и наблюдайте движение ионов: положительные ионы к катоду, отрицательные ионы к аноду.
1 State that a hydrogen–oxygen fuel cell uses hydrogen and oxygen to produce electricity with water as the only chemical product
2 Describe the advantages and disadvantages of using hydrogen–oxygen fuel cells in comparison with gasoline/petrol engines in vehicles
Русский
Базовый
Дополнительно
1 Утверждать, что водородно-кислотный топливный элемент использует водород и кислород для производства электроэнергии, где единственным химическим продуктом является вода
2 Описывать преимущества и недостатки использования водородно-кислотных топливных элементов по сравнению с бензиновыми двигателями в транспортных средствах
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
A fuel cell 燃料电池 uses hydrogen and oxygen to make electricity directly. The only chemical product is water.
It is useful to compare a fuel cell with a normal petrol (gasoline) engine in a vehicle.
Hydrogen–oxygen fuel cell
Petrol engine
Main product
water only
carbon dioxide and pollutants 污染物
Effect on air
clean
adds to air pollution
Fuel storage
hydrogen is hard and dangerous to store (flammable, needs high pressure)
petrol is easy to store
Source
hydrogen may be made using fossil fuels
made from crude oil
Advantages of the fuel cell: the only product is water, so it does not pollute the air, and it changes chemical energy into electricity efficiently. Disadvantages: hydrogen is hard to store and transport safely, and producing the hydrogen can still use energy from fossil fuels.
Русский
Топливный элемент использует водород и кислород для непосредственного получения электроэнергии. Единственным химическим продуктом является вода.
Водородно-кислородный топливный элемент превращает химическую энергию напрямую в электричество, единственной побочной продукцией которой является вода
Полезно сравнить топливный элемент с обычным бензиновым двигателем в автомобиле.
Водородно-кислородный топливный элемент
Бензиновый двигатель
Основной продукт
только вода
углекислый газ и загрязнители
Влияние на воздух
чистый
увеличивает загрязнение воздуха
Хранение топлива
водород сложно и опасно хранить (легковоспламеняется, требует высокого давления)
бензин легко хранить
Источник
водород может быть получен с использованием ископаемого топлива
производится из сырой нефти
Преимущества топливного элемента: единственный продукт — вода, поэтому он не загрязняет воздух, и он эффективно преобразует химическую энергию в электрическую. Недостатки: водород сложно безопасно хранить и транспортировать, а производство самого водорода все еще может использовать энергию ископаемого топлива.
Explore · Исследовать
Inside a hydrogen–oxygen fuel cell · Внутри водородно-кислородного топливного элемента
Step through a fuel cell. Hydrogen and oxygen combine to make water, and the energy of that reaction is released as electricity — with no carbon dioxide. · Разберем работу топливного элемента. Водород и кислород соединяются, образуя воду, а энергия этой реакции выделяется в виде электричества — без углекислого газа.
At the cathode (negative) you get a metal or hydrogen; at the anode (positive) you get a non-metal. Positive ions move to the cathode, negative ions to the anode.
A molten compound just gives its two elements. An aqueous solution can give something different (concentrated sodium chloride gives hydrogen and chlorine, not sodium).
Reduction is gain of electrons (at the cathode); oxidation is loss of electrons (at the anode). Remember OIL RIG.
In a half-equation the atoms and the charges must balance, with the electrons on the correct side: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cathode).
To electroplate an object, make it the cathode, make the plating metal the anode, and use a solution containing ions of the plating metal.
Русский
На катоде (отрицательном) вы получаете металл или водород; на аноде (положительном) вы получаете неметалл. Положительные ионы движутся к катоду, отрицательные — к аноду.
Расплавленное соединение при электролизе даёт только два элемента. Водный раствор может дать что-то другое (концентрированный хлорид натрия даёт водород и хлор, а не натрий).
Восстановление — это приём электронов (на катоде); окисление — это отдача электронов (на аноде). Запомните OIL RIG.
В полууравнении атомы и заряды должны быть сбалансированы, при этом электроны находятся на правильной стороне: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (катод).
Чтобы оцинковать (нанести покрытие) предмет, сделайте его катодом, металл покрытия — анодом, а в качестве электролита используйте раствор, содержащий ионы этого металла.
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
