Υδατική ηλεκτρόλυση: τι είναι, πώς, ασκήσεις

Ο υδατική ηλεκτρόλυση είναι αντίδραση οξειδοαναγωγής όχι αυθόρμητα που συμβαίνει με το πέρασμα του ηλεκτρικό ρεύμα μέσω μιας λύσης ιόντα διαλύθηκε σε Νερό. Για να το καταλάβετε καλά, είναι σημαντικό να γνωρίζετε τι είναι η ίδια η ηλεκτρόλυση. Ακολουθω!

Δείτε επίσης: Τι είναι η πύρινη ηλεκτρόλυση?

Τι είναι η ηλεκτρόλυση και σε τι χρησιμεύει;

Ηλεκτρόλυση είναι το όνομα που δίνεται στη χημική οξειδοαναγωγική αντίδραση που προκαλείται από τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτή η αντίδραση μπορεί να συμβεί με δύο τρόπους: α πυριτική ηλεκτρόλυση και το ηλεκτρόλυση σε υδατικό ιοντικό διάλυμα. Το τελευταίο μας ενδιαφέρει σε αυτό το κείμενο.

Και στους δύο τύπους ηλεκτρόλυσης υπάρχουν ιόντα, το διαφορά είναι ότι, στον πρώτο τύπο, η ιοντική ένωση είναι εκμαγείο και δεν υπάρχει νερό στη διαδικασία, και στη δεύτερη, όπως λέει το όνομα, η ιοντική ένωση είναι διαλύθηκε στο νερό.

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)

Η ηλεκτρόλυση είναι μια χημική διαδικασία που χρησιμοποιείται για

λήψη από χημικά στοιχεία (σαν μέταλλα, υδρογόνο, βηρύλλιο, χλώριο, μεταξύ άλλων), για το διαδικασία γαλβανισμού, όπως επιχρωμίωση και επιμετάλλωση νικελίου, καθώς και για το ηλεκτρολυτικός καθαρισμός μετάλλων. Εάν είστε περίεργοι για αυτό το θέμα, διαβάστε το κείμενό μας: Έννοια της ηλεκτρόλυσης.

Διαδικασία γαλβανισμού μεταλλικών κατασκευών σε λουτρό ψευδαργύρου.

Υδατική ηλεκτρόλυση

Σε υδατική ηλεκτρόλυση, έχουμε μια ιοντική ένωση διαλυμένη σε νερό, και αυτή, από διαχωρισμός ή ιονισμός, απελευθερώνει τα ιόντα του στη λύση, επιτρέποντας τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Εκτός από τα ιόντα που απελευθερώνονται από την ιοντική ένωση, πρέπει να λάβουμε υπόψη τα ιόντα από το αυτοματοποίηση νερού:

Η₂O → Η⁺ + Ω^-

Επειδή υπάρχει ανάγκη ηλεκτρικού ρεύματος για την ηλεκτρόλυση, λέμε λοιπόν ότι είναι μη αυθόρμητη διαδικασία. που συμβαίνει ακριβώς στο σε αντίθεση με τη διαδικασία που φαίνεται σε μια στοίβα, η οποία, με τη σειρά της, μετατρέπει τη χημική ενέργεια που προέρχεται από μια αντίδραση, στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Πώς συμβαίνει η υδατική ηλεκτρόλυση

Όπως έχει ήδη ειπωθεί, κατά τη διάρκεια της υδατικής ηλεκτρόλυσης, πρέπει να λάβουμε υπόψη το ιόντα που προέρχονται από νερό και το ιόντα που προέρχονται από τη διαλυμένη ένωση. Δείτε το παράδειγμα της διάστασης του χλωριούχου νατρίου:

NaCl_(εδώ) → Σε⁺_(εδώ) + Cl^-_(εδώ)

Έτσι η λύση έχει δύο κατιόντα (Η⁺ και συνεχώς⁺) και δύο ανιόντα (ΟΗ^- και Cl^-). Ωστόσο, μόνο ένα κατιόν και ένα ανιόν θα υποστούν μείωση οξείδωσης από την ηλεκτρική εκφόρτιση. Για να προσδιορίσουμε ποιο από τα δύο θα επηρεαστεί, έχουμε ένα ουρά προτεραιότητας, αναπαριστάται παρακάτω, με αύξουσα σειρά:

- Κατιόντα: Μέταλλα της οικογένειας 1,2 και 13 +

- ανιόντα: Ανιόντα οξυγόνου και F^- -

Έτσι, για το παράδειγμα του ηλεκτρόλυση σε υδατικό διάλυμα χλωριούχο νάτριο, έχουμε τα ιόντα Η⁺ και Cl^- θα υποστεί ηλεκτρική εκφόρτιση. Τώρα, θα το κάνουμε αναλύει του τι συμβαίνει σε κάθε έναν από τους πόλους:

• Κάθοδος και άνοδο

Στο κάθοδος, ο αρνητικός πόλος του ηλεκτρολυτικού στοιχείου, το τα ηλεκτρόνια φτάνουν στο ηλεκτρόδιο και εδώ μεταφέρονται τα κατιόντα που υπάρχουν στη λύση. Επομένως, εκεί συμβαίνει η εκφόρτιση του κατιόντος Η.⁺ και τη μείωση του, σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση:

2 ώρες⁺ + 2ε → Η_{2 (ζ)}

Στην άνοδο, τον θετικό πόλο του ηλεκτρολυτικού στοιχείου, τα κατιόντα υπάρχουν στο διάλυμα Εκφορτίστε και χάστε τα ηλεκτρόνια τους. Επειδή έχει την προτεραιότητα λήψης μέσω του OH^-, το Cl^- μεταναστεύει στην άνοδο, όπου υφίσταται οξείδωση σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση:

2Cl^-_(εδώ) → 2e + Cl_{2 (ζ)}

Μπορούμε να γράψουμε τη γενική εξίσωση της διαδικασίας ηλεκτρόλυσης προσθέτοντας τις αντιδράσεις κάθε βήματος της διαδικασίας: αποσύνδεση; τον αυτο-ιονισμό του νερού · μείωση κατιόν και την οξείδωση του ανιόντος.

NaCl_(εδώ) → Σε⁺_(εδώ) + Cl^-_(εδώ)

Η₂O → Η⁺ + Ω^-

2 ώρες⁺ + 2ε → Η_{2 (ζ)}

2Cl^-_(εδώ) → 2e + Cl_{2 (ζ)}

Εξισορρόπηση των εξισώσεων και εξάλειψη των στοιχείων που επαναλαμβάνονται στα αντιδραστήρια και τα προϊόντα, έχουμε:

2NaCl_(εδώ) + 2Η₂Ο_(υγρό.) → 2Να⁺_(εδώ) + 2OH^-_(εδώ) + Χ_{2 (ζ)} + Cl_{2 (ζ)}

Αναλύοντας την παγκόσμια εξίσωση, έχουμε ακόμα τα ιόντα Na σε λύση.⁺_(εδώ) και ω^-_(εδώ), σχηματίζοντας καυστική σόδα (NaOH), ένα από τα προϊόντα της αντίδρασης, εκτός από το αέριο υδρογόνο, σχηματίστηκε στην κάθοδο, και το αέριο χλώριο, σχηματίστηκε στην άνοδο.

Δείτε επίσης:Ποσοτικές πτυχές της ηλεκτρόλυσης

Οι ασκήσεις λύθηκαν

Ερώτηση 01 (UEG) Ο γαλβανισμός είναι μια διαδικασία που επιτρέπει την παροχή μεταλλικής επίστρωσης σε ένα συγκεκριμένο κομμάτι. Παρακάτω εμφανίζεται μια πειραματική συσκευή, η οποία έχει ρυθμιστεί ώστε να επιτρέπει την επιμετάλλωση νικελίου ενός κλειδιού.

Κατά τη διαδικασία επικάλυψης του κλειδιού με νικέλιο, θα εμφανιστεί μια αντίδραση Χ, που αντιπροσωπεύεται από μια ημι-αντίδραση Υ. Σε αυτήν την περίπτωση, το ζεύγος XY μπορεί να αναπαρασταθεί από:

α) μείωση, Ni⁺ +1ε^– → Νι

β) μείωση, Ni (s) → Ni²⁺ + 2ε^–

γ) οξείδωση, Ni²⁺ + 2ε^– → Νι

δ) οξείδωση, Ni (s) → Ni²⁺ + 2ε^–

ε) μείωση, Ni²⁺ + 2ε^– → Νι

Ανάλυση: Γράμμα e ". Τα ιόντα που υπάρχουν στη λύση είναι: κατιόντα: Ni²⁺ και Η⁺; ανιόντα: ΟΧΙ₄^2- και ω^-. Για κατιόντα, Ni²⁺ Έχει προτεραιότητα στην εκφόρτιση και, ως εκ τούτου, θα υποστεί μείωση στην κάθοδο, σύμφωνα με την εξίσωση: Ni²⁺ + 2ε^– → Νί (ες).

Ερώτηση 02 (FMABC-SP) Εξετάστε το ακόλουθο σύστημα που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό του μεταλλικού χαλκού:

Σε αυτήν τη διαδικασία:

a) II αντιπροσωπεύει την κάθοδο όπου συμβαίνει οξείδωση.

β) II αντιπροσωπεύει την άνοδο όπου συμβαίνει η μείωση.

γ) Αναπαριστώ την κάθοδο όπου συμβαίνει οξείδωση.

δ) Αναπαριστώ την κάθοδο στην οποία εμφανίζεται η μείωση.

ε) Αναπαριστώ την άνοδο όπου συμβαίνει οξείδωση.

Ανάλυση: Γράμμα e ". Στην ηλεκτρόλυση, το ηλεκτρόδιο που συνδέεται με τον θετικό πόλο της γεννήτριας ονομάζεται άνοδος, και σε αυτό τα ανιόντα χάνουν ηλεκτρόνια και υφίστανται οξείδωση, σύμφωνα με την εξίσωση: Cu⁰ → Cu²⁺ + 2ε.

Ερώτηση 03 (Fatec-SP) Για να επιχρωμιώσει έναν ατσάλινο δακτύλιο, ένας μαθητής συναρμολόγησε το ηλεκτρολυτικό κύκλωμα, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, χρησιμοποιώντας μια πηγή συνεχούς ρεύματος.

Κατά τη λειτουργία του κυκλώματος, είναι σωστό να πούμε ότι συμβαίνει

α) απελευθέρωση αερίου χλωρίου στην άνοδο και εναπόθεση μεταλλικού χρωμίου στην κάθοδο.

β) απελευθέρωση αερίου χλωρίου στην κάθοδο και εναπόθεση μεταλλικού χρωμίου στην άνοδο.

γ) απελευθέρωση αερίου οξυγόνου στην άνοδο και εναπόθεση μεταλλικής πλατίνας στην κάθοδο.

δ) απελευθέρωση αερίου υδρογόνου στην άνοδο και διάβρωση της μεταλλικής πλατίνας στην κάθοδο.

ε) απελευθέρωση αερίου υδρογόνου στην κάθοδο και διάβρωση του μεταλλικού χάλυβα στην άνοδο.

Ανάλυση: Γράμμα Α". Τα ιόντα που υπάρχουν στο διάλυμα είναι: κατιόντα: Cr³⁺ και Η⁺; ανιόντα: Cl^- και ω^-. Για κατιόντα, Cr³⁺ Έχει προτεραιότητα στην εκφόρτιση και, επομένως, θα υποστεί μείωση στην κάθοδο, σύμφωνα με την εξίσωση: Cr³⁺ +3ε^– → Cr (ες).

Για ανιόντα, το Cl- έχει προτεραιότητα στην εκφόρτιση και, επομένως, θα υποστεί οξείδωση στην άνοδο, σύμφωνα με την εξίσωση: 2Cl^-_(εδώ) → 2e + Cl_{2 (ζ).}

Δηλαδή, στην άνοδο (μέρος πλατίνας) θα έχουμε την απελευθέρωση αερίου χλωρίου Cl_2, και, στην κάθοδο (χαλύβδινο δακτύλιο), η εναπόθεση μεταλλικού χρωμίου.

Από τον Victor Ferreira
Καθηγητής Χημείας