Vandig elektrolyse: hvad er, hvordan, øvelser

DET vandig elektrolyse er redox reaktion ikke spontan der sker med passagen af elektrisk strøm gennem en løsning af ioner opløst i Vand. For at forstå det godt er det vigtigt at vide, hvad elektrolyse i sig selv er. Opfølgning!

Se også: Hvad er magtfuld elektrolyse?

Hvad er elektrolyse, og hvad er det til?

Elektrolyse er navnet på den kemiske redoxreaktion, der opstår forårsaget af passage af en elektrisk strøm. Denne reaktion kan ske på to måder: a magtfri elektrolyse og elektrolyse i vandig ionisk opløsning. Sidstnævnte er af interesse for os i denne tekst.

I begge typer elektrolyse er der ioner, den forskel er, at den ioniske forbindelse i den første type er støbt og der er intet vand i processen, og i det andet, som navnet siger, er den ioniske forbindelse opløst i vand.

Elektrolyse er en kemisk proces, der anvendes til opnåelse af kemiske grundstoffer (synes godt om metaller, hydrogen, beryllium, klor, blandt andre), til galvaniseringsproces, såsom forkromning og fornikling, og også til

elektrolytisk metalrensning. Hvis du er nysgerrig efter dette emne, så læs vores tekst: Elektrolysekoncept.

Galvaniseringsproces af metalliske strukturer i et zinkbad.

Vandig elektrolyse

I vandig elektrolyse har vi en ionforbindelse opløst i vand, og denne ved dissociation eller ioniseringfrigiver sine ioner i opløsningen, hvilket tillader passage af elektrisk strøm. Ud over de ioner, der frigøres af den ioniske forbindelse, skal vi tage hensyn til ionerne fra vand autoionisering:

H₂O → H⁺ + OH^-

Fordi der er behov for elektrisk strøm til elektrolyse, skal vi sige, at det er en ikke-spontan proces. hvilket sker nøjagtigt med i modsætning til processen set i en stak, som til gengæld omdanner den kemiske energi, der stammer fra en reaktion, til produktion af elektrisk energi.

Hvordan opstår vandig elektrolyse

Som allerede nævnt skal vi under vandig elektrolyse tage højde for vandafledte ioner og ioner afledt af den opløste forbindelse. Se eksemplet på dissociation af natriumchlorid:

NaCl_(her) → I⁺_(her) + Cl^-_(her)

Så løsningen har to kationer (H⁺ og på⁺) og to anioner (OH^- og Cl^-). Imidlertid vil kun en kation og en anion gennemgå oxidationsreduktion ved elektrisk afladning. For at identificere, hvilken af ​​de to der vil blive berørt, har vi en prioritetskø, repræsenteret nedenfor, i stigende rækkefølge:

- Kationer: Metaller af 1,2 og 13-familien +

- anioner: Oxygen- og F-anioner^- -

Så for eksempel med elektrolyse i vandig opløsning af natriumchlorid, vi har, at H-ionerne⁺ og Cl^- vil blive udsat for elektrisk afladning. Nu skal vi gøre det analysere af hvad der sker ved hver af polerne:

• Katode og anode

Ved katode, den negative pol i den elektrolytiske celle, den elektroner når elektroden og det er her kationerne i løsningen migrerer til. Derfor er det her, hvor udledningen af ​​H-kationen sker.⁺ og dets reduktion i henhold til følgende ligning:

2 timer⁺ + 2e → H_{2 (g)}

Ved anoden, den positive pol i den elektrolytiske celle, er kationerne til stede i opløsningen Udlad og mist deres elektroner. Fordi det har prioritet at downloade over OH^-, Cl^- migrerer til anoden, hvor den gennemgår oxidation i henhold til følgende ligning:

2Cl^-_(her) → 2e + Cl_{2 (g)}

Vi kan skrive den generelle ligning af elektrolyseprocessen tilføje reaktionerne for hvert trin af processen: dissociation; selvionisering af vand; kationreduktion og oxidationen af ​​anionen.

NaCl_(her) → I⁺_(her) + Cl^-_(her)

H₂O → H⁺ + OH^-

2 timer⁺ + 2e → H_{2 (g)}

2Cl^-_(her) → 2e + Cl_{2 (g)}

Ved at afbalancere ligningerne og eliminere de genstande, der gentages i reaktanterne og produkterne, har vi:

2NaCl_(her) + 2H₂O_(væske.) → 2Na⁺_(her) + 2OH^-_(her) + H_{2 (g)} + Cl_{2 (g)}

Når vi analyserer den globale ligning, har vi stadig Na-ionerne i opløsning.⁺_(her) og åh^-_(her), danner kaustisk sodavand (NaOH), et af reaktionsprodukterne, ud over brintgas, dannet ved katoden, og gas klordannet ved anoden.

Se også:Kvantitative aspekter af elektrolyse

løste øvelser

Spørgsmål 01 (UEG) Galvanisering er en proces, der gør det muligt at give en metalbelægning til et bestemt stykke. Nedenfor vises et eksperimentelt apparat, der er indstillet til at muliggøre nikkelbelægning af en nøgle.

Under processen med at belægge nøglen med nikkel, vil der forekomme en X-reaktion repræsenteret af en Y-halvreaktion. I dette tilfælde kan XY-parret repræsenteres af:

a) reduktion, Ni⁺ + 1e^– → Ni (s)

b) reduktion, Ni (s) → Ni²⁺ + 2e^–

c) oxidation, Ni²⁺ + 2e^– → Ni (s)

d) oxidation, Ni (s) → Ni²⁺ + 2e^–

e) reduktion, Ni²⁺ + 2e^– → Ni (s)

Løsning: Bogstavet e ". De ioner, der findes i opløsningen, er: kationer: Ni²⁺ og H⁺; anioner: SO₄^2- og åh^-. For kationer, Ni²⁺ det har prioritet i udledningen, og det vil derfor lide en reduktion i katoden ifølge ligningen: Ni²⁺ + 2e^– → Ni (s).

Spørgsmål 02 (FMABC-SP) Overvej følgende system, der anvendes til oprensning af metallisk kobber:

I denne proces:

a) II repræsenterer katoden, hvor oxidation forekommer.

b) II repræsenterer den anode, hvor reduktionen finder sted.

c) I repræsenterer katoden, hvor oxidation forekommer.

d) I repræsenterer katoden, ved hvilken reduktion forekommer.

e) I repræsenterer den anode, hvor oxidation forekommer.

Løsning: Bogstavet e ". I elektrolyse kaldes elektroden, der er forbundet med generatorens positive pol, en anode, og i den mister anionerne elektroner og gennemgår oxidation ifølge ligningen: Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e.

Spørgsmål 03 (Fatec-SP) For at forkrome en stålring samlede en studerende det elektrolytiske kredsløb, vist i den følgende figur, ved hjælp af en jævnstrømskilde.

Under driften af ​​kredsløbet er det korrekt at anføre, at det forekommer

a) frigivelse af chlorgas ved anoden og metallisk chromaflejring på katoden.

b) frigivelse af chlorgas ved katoden og aflejring af metallisk krom på anoden.

c) frigivelse af iltgas ved anoden og aflejring af metallisk platin på katoden.

d) frigivelse af hydrogengas ved anoden og korrosion af det metalliske platin ved katoden.

e) frigivelse af hydrogengas ved katoden og korrosion af metallisk stål ved anoden.

Løsning: Bogstavet a ". De ioner, der er til stede i opløsningen, er: kationer: Cr³⁺ og H⁺; anioner: Cl^- og åh^-. For kationer, Cr³⁺ det har prioritet i udledningen, og det vil derfor blive udsat for reduktion ved katoden ifølge ligningen: Cr³⁺ + 3e^– → Cr (s).

For anioner har Cl- prioritet i udledningen og vil derfor gennemgå oxidation ved anoden ifølge ligningen: 2Cl^-_(her) → 2e + Cl_{2 (g).}

Det vil sige, at ved anoden (platindelen) vil vi frigive klorgas Cl_2, og i katoden (stålring), aflejring af metallisk krom.

Af Victor Ferreira
Kemilærer

Kilde: Brasilien skole - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-solucao-aquosa.htm