Задание 20 ЕГЭ по химии

1. 1. Переводим время в секунды: 32 мин 10 с = 32·60 + 10 = 1930 с.
2. 2. Заряд: q = I · t = 2,00 · 1930 = 3860 Кл.
3. 3. Число моль электронов: n(e⁻) = q / F = 3860 / 96500 = 0,0400 моль.
4. 4. Катод: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁰, значит n(Cu) = n(e⁻)/2 = 0,0400/2 = 0,0200 моль.
5. 5. m(Cu) = 0,0200 · 64 = 1,28 г (красный налёт на катоде).
6. 6. Анод: остаток SO₄²⁻ не окисляется, идёт 2H₂O − 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺, значит n(O₂) = n(e⁻)/4 = 0,0400/4 = 0,0100 моль.
7. 7. V(O₂) = 0,0100 · 22,4 = 0,224 л (224 мл).

Ответ: 1,28 г меди на катоде и 0,224 л (224 мл) кислорода на аноде

1. 1. Шаг 1: Для каждой соли решаем два вопроса по отдельности: катод — по положению металла в ряду активности, анод — по типу кислотного остатка.
2. 2. Шаг 2: А) AgNO₃. Серебро стоит после водорода, значит на катоде выделяется металл. Нитрат-ион кислородсодержащий, значит на аноде окисляется вода и выделяется кислород. Ответ 2.
3. 3. Шаг 3: Б) KBr. Калий — один из самых активных металлов, он левее алюминия, поэтому на катоде разряжается вода и выделяется водород. Бромид-ион бескислородный, окисляется легче воды — на аноде бром. Ответ 3.
4. 4. Шаг 4: В) Al₂(SO₄)₃. Алюминий входит в число активных металлов (граница проходит по нему включительно), значит на катоде — водород. Сульфат-ион кислородсодержащий, на аноде — кислород. Ответ 1. Фактически разлагается вода.
5. 5. Шаг 5: Ответ АБВ = 231.
6. 6. Шаг 6: Лишний вариант — «металл и галоген» (4). Он отвечал бы соли металла средней активности с бескислородным остатком: ZnCl₂, FeBr₂, NiCl₂. Такие соли в перечнях тоже встречаются, и полезно держать в голове весь набор из четырёх сочетаний.
7. 7. Шаг 7: Сводка всех четырёх случаев. Активный металл + кислородсодержащий остаток → H₂ и O₂. Активный металл + бескислородный → H₂ и галоген. Средний или неактивный металл + кислородсодержащий → металл и O₂. Средний или неактивный + бескислородный → металл и галоген. Задание 20 всегда сводится к выбору одного из этих четырёх сочетаний.

Ответ: 231

1. 1. Шаг 1: NaCl. Натрий активнее алюминия, поэтому на катоде разряжается вода: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻. Хлорид-ион бескислородный, на аноде: 2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂↑.
2. 2. Шаг 2: У катода накапливаются гидроксид-ионы, значит среда там становится щелочной, и лакмус синеет. Суммарно образуется NaOH: 2NaCl + 2H₂O → H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH. Именно так в промышленности получают щёлочь, водород и хлор сразу.
3. 3. Шаг 3: CuSO₄. Медь стоит после водорода, поэтому на катоде восстанавливается она сама: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁰. Сульфат-ион кислородсодержащий, поэтому на аноде окисляется вода: 2H₂O − 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺.
4. 4. Шаг 4: У анода накапливаются ионы H⁺, среда становится кислой, лакмус краснеет. Суммарно: 2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄. Раствор постепенно обесцвечивается — голубая окраска ионов меди исчезает по мере их выделения.
5. 5. Шаг 5: Na₂SO₄. И металл активный, и остаток кислородсодержащий — разряжаться нечему, кроме воды с обеих сторон. Катод: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻; анод: 2H₂O − 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺.
6. 6. Шаг 6: У катода щелочная среда, у анода кислая, а при перемешивании ионы H⁺ и OH⁻ дают воду, и раствор в целом остаётся нейтральным. Суммарно разлагается только вода: 2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑, причём водорода вдвое больше по объёму. Концентрация сульфата натрия при этом растёт: воды становится меньше, а соли столько же.
7. 7. Шаг 7: Вывод для задания 20 и для открытых вопросов: изменение среды определяется тем, разряжается ли вода и на каком электроде. Вода на катоде оставляет щёлочь, вода на аноде — кислоту, вода на обоих — нейтральный раствор и просто её разложение.

Ответ: NaCl: H₂, Cl₂ и NaOH, среда у катода щелочная. CuSO₄: Cu и O₂, раствор подкисляется. Na₂SO₄: H₂ и O₂ (разлагается вода), раствор остаётся нейтральным, концентрация соли растёт.

1. 1. Шаг 1: Расплав. Воды нет, значит конкурировать с ионами натрия некому. Катод: Na⁺ + e⁻ → Na⁰. Анод: 2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂↑. Итог: 2NaCl(расплав) → 2Na + Cl₂↑.
2. 2. Шаг 2: Раствор. На катоде теперь соревнуются ион Na⁺ и молекула воды. Побеждает тот, кого легче восстановить, а натрий — один из самых активных металлов, его ион отдавать свой заряд не хочет. Восстанавливается вода: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.
3. 3. Шаг 3: На аноде соревнуются хлорид-ион и вода. Здесь побеждает хлорид-ион: бескислородные анионы окисляются легче воды. 2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂↑ — тот же процесс, что и в расплаве.
4. 4. Шаг 4: Итог для раствора: 2NaCl + 2H₂O → H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH. Металл не образуется вовсе, зато появляется щёлочь.
5. 5. Шаг 5: Отвечаем на вопрос «почему». Металл не получается потому, что вода восстанавливается легче, чем ион активного металла; хлор получается в обоих случаях потому, что на аноде вода проигрывает бескислородному аниону. То есть различие создаёт только катодный процесс.
6. 6. Шаг 6: Где проходит граница. Металлы от лития до алюминия включительно из водных растворов не получаются никогда — только из расплавов. Металлы после водорода выделяются всегда. Металлы между ними (Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb) выделяются, часто вместе с водородом.
7. 7. Шаг 7: Практическое следствие. Натрий, калий, кальций, магний и алюминий производят электролизом расплавов, а это дорого: расплав надо ещё и поддерживать горячим. Электролиз раствора поваренной соли, напротив, дёшев и даёт сразу три ценных продукта — именно поэтому хлорщелочное производство одно из крупнейших в химической промышленности.

Ответ: Расплав: 2NaCl → 2Na + Cl₂↑. Раствор: 2NaCl + 2H₂O → H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH. Различие создаёт катод: воду восстановить легче, чем ион активного металла.

1. 1. Катод: Al — активный металл (до H, в начале ряда) → выделяется водород H₂, не алюминий.
2. 2. Анод: Cl⁻ — бескислородный анион → выделяется хлор Cl₂.
3. 3. Итог: на катоде H₂, на аноде Cl₂ (продукты — водород и хлор).

Ответ: H₂ (катод) и Cl₂ (анод)