Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, который идёт на электродах, когда через расплав или раствор электролита пропускают постоянный ток. На катоде (−) идёт восстановление, на аноде (+) — окисление. Чтобы назвать продукты, определите три вещи: расплав перед вами или раствор, где стоит металл катиона в ряду напряжений и какой у соли анион — бескислородный (кроме F−) или кислородсодержащий.
Электролиз расплавов и растворов солей — отдельный элемент кодификатора ЕГЭ, а в демоверсии 2026 года ему посвящено задание 20 части 1. Ниже — правила разряда ионов, алгоритм с проверенными примерами, закон Фарадея и частые ошибки.
Что такое электролиз и электролиты
Электролиты — вещества, расплавы или растворы которых проводят ток, потому что распадаются на ионы: соли, щёлочи, кислоты. Если опустить в такой расплав или раствор два электрода и подключить источник постоянного тока, катионы пойдут к одному электроду, анионы — к другому, и на электродах начнутся реакции.
- Катод соединён с отрицательным полюсом источника, к нему идут катионы, на нём идёт восстановление.
- Анод соединён с положительным полюсом, к нему идут анионы, на нём идёт окисление.
Запомнить легко: «катод — катионы, анод — анионы», а ещё анод — окисление (А и О — гласные), катод — восстановление (К и В — согласные). Не путайте электролиз с электролитической диссоциацией: диссоциация идёт без тока при растворении или плавлении, электролиз — под действием тока.
Катод, анод и порядок разряда ионов
В расплаве воды нет, поэтому разряжаются только ионы самого вещества. В растворе рядом с ионами соли всегда есть молекулы воды, и они тоже могут реагировать. Что «победит», зависит от металла и от типа аниона.
Катод: что восстанавливается
Сокращённый ряд напряжений металлов (полный выдают вместе с вариантом экзамена):
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al | Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb | H | Cu, Hg, Ag, Pt, Au
| Катион | Что происходит на катоде в растворе | Полуреакция |
|---|---|---|
| Металлы от Li до Al включительно | металл не выделяется, восстанавливается вода | 2H2O + 2e− → H2 + 2OH− |
| Металлы от Mn до Pb (между Al и H) | по школьному правилу выделяются и металл, и водород | Zn2+ + 2e− → Zn; одновременно идёт восстановление воды |
| Cu, Hg, Ag, Pt, Au (после H) | выделяется только металл | Cu2+ + 2e− → Cu |
| Ионы H+ (кислоты) | выделяется водород | 2H+ + 2e− → H2 |
Анод: что окисляется
| Анион | Что окисляется в растворе | Полуреакция |
|---|---|---|
| Бескислородные: Cl−, Br−, I−, S2− | сам анион, до простого вещества | 2Cl− − 2e− → Cl2 |
| OH− (щёлочи) | гидроксид-ион | 4OH− − 4e− → O2 + 2H2O |
| SO42−, NO3−, PO43−, CO32− и F− | окисляется вода | 2H2O − 4e− → O2 + 4H+ |
Поскольку фторид-ион в растворе не окисляется, фтор получают только электролизом расплавов.
Инертные и активные электроды
Инертные электроды (платина, графит) только передают электроны. Если анод активный (медь, никель), окисляется сам металл анода: в растворе CuSO4 с медным анодом идёт Cu − 2e− → Cu2+, а на катоде Cu2+ + 2e− → Cu, то есть медь переносится с анода на катод. Так очищают металлы и наносят покрытия. В первом варианте задания 20 демоверсии 2026 года в условии указано «на инертных электродах»; во втором варианте электроды не упоминаются.
Потренируйтесь в электронном балансе. Электролиз — это ОВР, и полуреакции на электродах пишутся так же, как в заданиях на окислительно-восстановительные реакции. В заданиях Chemistar по теме ОВР есть разборы, а готовое суммарное уравнение можно проверить на баланс атомов в валидаторе реакций (после регистрации).
Электролиз расплавов и растворов: алгоритм и примеры
Расплавы
В расплаве катионы металла восстанавливаются до металла, а анионы окисляются: бескислородные — до простого вещества, ион O2− оксида — до кислорода. В расплаве щёлочи идёт 4OH− − 4e− → O2 + 2H2O (суммарно 4NaOH → 4Na + O2 + 2H2O). Расплавы нужны там, где из раствора нужный продукт не получить: так добывают активные металлы и фтор.
Расплав NaCl: катод (−) Na+ + e− → Na (×2); анод (+) 2Cl− − 2e− → Cl2; суммарно 2NaCl → 2Na + Cl2↑.
Оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите Na3AlF6 и электролизуют при температуре около 950 °C. Катод (−): Al3+ + 3e− → Al (×4); анод (+): 2O2− − 4e− → O2 (×3); суммарно 2Al2O3 → 4Al + 3O2↑. Это школьное упрощение: в промышленности кислород окисляет угольные аноды, и образуются CO2 и CO.
Растворы: алгоритм из четырёх шагов
- Запишите диссоциацию электролита, например NaCl → Na+ + Cl−, и помните про воду.
- Катод: найдите металл в ряду напряжений и решите, что восстанавливается — металл, вода или оба.
- Анод: определите тип аниона и решите, что окисляется — анион или вода.
- Уравняйте электроны, сложите полуреакции, сократите одинаковые частицы. Для молекулярного уравнения добавьте ионы, не участвовавшие в процессе (Na+, K+, SO42−), и соберите из них вещества.
Пример 1. Раствор NaCl. Na+ стоит до Al, поэтому на катоде восстанавливается вода: 2H2O + 2e− → H2 + 2OH−. Cl− бескислородный: 2Cl− − 2e− → Cl2. Электронов поровну, поэтому складываем и добавляем Na+: 2NaCl + 2H2O → H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH.
Пример 2. Раствор CuSO4. Медь стоит после H: Cu2+ + 2e− → Cu (×2). Сульфат-ион не окисляется, окисляется вода: 2H2O − 4e− → O2 + 4H+. Суммарно: 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2↑ + 2H2SO4.
Остальные растворы разбираются тем же способом. В растворах K2SO4, NaOH и H2SO4 на катоде и аноде в итоге разлагается вода (2H2O → 2H2 + O2), электролит не расходуется.
| Раствор | На катоде | На аноде | Суммарное уравнение | Что с раствором |
|---|---|---|---|---|
| NaCl | H2 | Cl2 | 2NaCl + 2H2O → H2 + Cl2 + 2NaOH | накапливается щёлочь |
| CuSO4 | Cu | O2 | 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2 + 2H2SO4 | среда кислая |
| K2SO4, Na2SO4 | H2 | O2 | 2H2O → 2H2 + O2 | среда нейтральная, концентрация растёт |
| AgNO3 | Ag | O2 | 4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + O2 + 4HNO3 | среда кислая |
| CuCl2 | Cu | Cl2 | CuCl2 → Cu + Cl2 | расходуется соль |
| NaOH | H2 | O2 | 2H2O → 2H2 + O2 | концентрация щёлочи растёт |
| H2SO4 | H2 | O2 | 2H2O → 2H2 + O2 | концентрация кислоты растёт |
| HCl | H2 | Cl2 | 2HCl → H2 + Cl2 | кислота расходуется |
Закон Фарадея: расчёт по току и времени
Закон Фарадея связывает массу вещества на электроде с силой тока и временем:
m = M · I · t / (n · F)
Здесь m — масса, г; M — молярная масса, г/моль; I — сила тока, А; t — время в секундах; n — число электронов в электродной реакции на одну частицу (для Cu2+ + 2e− → Cu это 2); F — постоянная Фарадея, заряд одного моль электронов: 96 485 Кл/моль (в школьных расчётах округляют до 96 500). Удобнее считать по шагам: Q = I · t (Кл), n(e−) = Q / F, затем по полуреакции.
Задача. Через раствор CuSO4 с инертными электродами пропускали ток 5 А в течение 30 минут. Найдите массу меди на катоде и объём кислорода (н. у.) на аноде, выход по току 100 %.
- t = 30 · 60 = 1800 с; Q = 5 · 1800 = 9000 Кл; n(e−) = 9000 / 96 500 ≈ 0,0933 моль.
- Катод: n(Cu) = 0,0933 / 2 ≈ 0,0466 моль; m(Cu) = 0,0466 · 64 ≈ 2,98 г. По формуле: 64 · 5 · 1800 / (2 · 96 500) ≈ 2,98 г.
- Анод: 2H2O − 4e− → O2 + 4H+, n(O2) = 0,0933 / 4 ≈ 0,0233 моль; V = 0,0233 · 22,4 ≈ 0,52 л.
Если дан выход по току (доля заряда, пошедшая на нужную реакцию), умножьте на него теоретический результат. В кодификаторе, спецификации и демоверсии ЕГЭ 2026 года закон Фарадея не упоминается, поэтому сначала освойте правила разряда ионов.
Типичные ошибки и электролиз в ЕГЭ
Ошибки, которые стоят баллов
- Металл из раствора вместо водорода. Натрий, калий, кальций, магний и алюминий из водного раствора не получить: на катоде выделится водород. Их получают из расплавов.
- Окисление сульфат-, нитрат- и фторид-ионов. В растворе окисляется вода, и выделяется кислород.
- Вода не там. В уравнении электролиза расплава воды нет. В уравнении электролиза раствора вода есть, только если она разряжается на электроде (NaCl, CuSO4, K2SO4); у CuCl2 и HCl разряжаются только ионы электролита, и воды в суммарном уравнении нет.
- Неуравненные электроды. Число электронов на катоде и аноде должно совпадать: для CuSO4 медную полуреакцию умножают на 2.
- Путаница со знаками. При электролизе катод (−), анод (+); в гальваническом элементе наоборот, но окисление всё равно идёт на аноде.
Где электролиз встречается в ЕГЭ
По кодификатору ЕГЭ 2026 года проверяется элемент 1.13 «Электролиз растворов и расплавов солей». В спецификации ему соответствует задание 20 части 1: базовый уровень, краткий ответ, 1 первичный балл, примерно 2–3 минуты. С вариантом выдают электрохимический ряд напряжений металлов; можно пользоваться непрограммируемым калькулятором. Перечень на ваш год сверьте со спецификацией на сайте ФИПИ.
В демоверсии 2026 года у задания 20 два варианта: сопоставить соль и продукты электролиза её водного раствора на инертных электродах либо сопоставить вещество и способ его получения электролизом. В проекте демоверсии ЕГЭ 2027 года задание 20 составлено так же.
Установите соответствие между солью и продуктами электролиза её водного раствора на инертных электродах. А) хлорид меди(II); Б) сульфат калия; В) бромид калия. Продукты: 1) водород, галоген; 2) водород, кислород; 3) металл, кислород; 4) металл, галоген.
А — CuCl2: медь после H, выделяется металл, Cl− бескислородный, выделяется галоген: 4. Б — K2SO4: на катоде водород, сульфат не окисляется, на аноде кислород: 2. В — KBr: на катоде водород, на аноде бром: 1. Ответ: 421.
В задании второго типа помогает правило: калий, натрий, алюминий и фтор получают только из расплавов (алюминий — из раствора оксида в расплавленном криолите). Из водного раствора вместо них на катоде выделится водород: из раствора KF — водород и кислород, из раствора AlCl3 — водород и хлор (и осадок Al(OH)3).
Частые вопросы
Что выделяется на катоде и аноде при электролизе раствора NaCl?
На катоде — водород (восстанавливается вода), на аноде — хлор, а в растворе остаётся гидроксид натрия.
Почему при электролизе раствора нельзя получить натрий?
Катионы натрия восстанавливаются труднее, чем молекулы воды, поэтому на катоде выделяется водород. Натрий получают электролизом расплава, где воды нет.
Чем электролиз отличается от работы гальванического элемента?
В гальваническом элементе реакция сама создаёт ток, а при электролизе ток от внешнего источника вызывает реакцию. Знаки электродов противоположны, но окисление в обоих случаях идёт на аноде.
Нужно ли знать закон Фарадея для ЕГЭ?
В кодификаторе, спецификации и демоверсии ЕГЭ 2026 года он не упоминается: задание 20 проверяет правила разряда ионов.
Вывод
Электролиз сводится к двум вопросам: что восстановится на катоде и что окислится на аноде. В расплаве разряжаются сами ионы, в растворе нужно сверяться с рядом напряжений для катиона и с типом аниона. Выучите три группы катионов и три группы анионов, записывайте полуреакции с электронным балансом и проверяйте суммарное уравнение на баланс атомов.
Проверьте себя на заданиях. В банке заданий Chemistar более 2300 заданий по химии с разборами в формате части 1 ЕГЭ (краткий ответ). ИИ-чат поможет разобрать решение, но его ответы стоит перепроверять. Попробуйте 7 дней бесплатно, тарифы: 590 ₽ за месяц, 1490 ₽ за 3 месяца, 4990 ₽ за год (подробнее о тарифах).
