Vesipitoinen elektrolyysi: mikä on, miten, harjoituksia

THE vesipitoinen elektrolyysi On redox-reaktio ei spontaani joka tapahtuu sähkövirta ratkaisun avulla ioneja liukenee Vesi. Sen ymmärtämiseksi on tärkeää tietää, mikä elektrolyysi itse on. Seuranta!

Katso myös: Mikä on magmaelektrolyysi?

Mikä on elektrolyysi ja mihin se on tarkoitettu?

Elektrolyysi on nimi kemialliselle redoksireaktiolle, joka tapahtuu sähkövirran kulun seurauksena. Tämä reaktio voi tapahtua kahdella tavalla: a magma-elektrolyysi ja elektrolyysi ionisessa vesiliuoksessa. Viimeksi mainittu kiinnostaa meitä tässä tekstissä.

Molemmissa elektrolyysityypeissä on ioneja, ero on, että ensimmäisessä tyypissä ioninen yhdiste on heittää ja prosessissa ei ole vettä, ja toisessa, kuten nimessä sanotaan, ioniyhdiste on liuennut vedessä.

Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)

Elektrolyysi on kemiallinen prosessi, jota käytetään saaminen kemialliset alkuaineet (Kuten metallit, vety, beryllium, kloorimuun muassa) sinkitysprosessikuten kromaus ja nikkelöinti sekä myös elektrolyyttinen metallin puhdistus. Jos olet utelias tästä aiheesta, lue teksti: Elektrolyysikonsepti.

Metallirakenteiden sinkitys sinkkihauteessa.

Vesipitoinen elektrolyysi

Vesipitoisessa elektrolyysissä meillä on ioninen yhdiste liuotettuna veteen ja tämä dissosiaatio tai ionisaatio, vapauttaa ioninsa liuokseen, jolloin sähkövirta kulkee. Ioniyhdisteen vapauttamien ionien lisäksi meidän on otettava huomioon veden autoionisaatio:

H₂O → H⁺ + OH^-

Koska elektrolyysin tapahtu- miseksi tarvitaan sähkövirta, sanomme sitten, että se on ei-spontaani prosessi. joka tapahtuu tarkalleen päinvastoin kuin pinossa nähdään, joka puolestaan ​​muuttaa reaktiosta saadun kemiallisen energian sähköenergian tuotantoon.

Kuinka vesipitoinen elektrolyysi tapahtuu

Kuten jo todettiin, vesipitoisen elektrolyysin aikana meidän on otettava huomioon vedestä johdetut ionit ja liuenneesta yhdisteestä johdetut ionit. Katso esimerkki natriumkloridin dissosiaatiosta:

NaCl_(tässä) → Sisään⁺_(tässä) + Cl^-_(tässä)

Joten ratkaisussa on kaksi kationia (H⁺ ja edelleen⁺) ja kaksi anionia (OH^- ja Cl^-). Kuitenkin vain yksi kationi ja yksi anioni hapettuvat-pelkistyvät sähköpurkauksella. Sen tunnistamiseksi, mihin näistä kahdesta vaikuttaa, meillä on a prioriteettijono, edustettuna alla, nousevassa järjestyksessä:

- Kationit: 1,2 ja 13 perheen metallit +

- anionit: Happi ja F-anionit^- -

Joten esimerkiksi elektrolyysi vesiliuoksessa natriumkloridia, meillä on H-ionit⁺ ja Cl^- kärsii sähköpurkauksesta. Nyt teemme analysoida siitä, mitä tapahtuu jokaisessa napassa:

• Katodi ja anodi

Kohteessa katodi, elektrolyysikennon negatiivinen napa, elektronit saavuttavat elektrodin ja tähän siirtyvät ratkaisussa olevat kationit. Siksi tässä tapahtuu H-kationin purkautuminen.⁺ ja sen pelkistys seuraavan yhtälön mukaisesti:

2h⁺ + 2e → H_{2 g)}

Anodilla, elektrolyysikennon positiivinen napa, liuoksessa olevat kationit Pura ja menetä elektroninsa. Koska sillä on etusija ladata OH: n yli^-, Cl^- siirtyy anodiin, jossa se hapetetaan seuraavan yhtälön mukaisesti:

2Cl^-_(tässä) → 2e + Cl_{2 g)}

Voimme kirjoittaa yleisen yhtälön elektrolyysiprosessista lisäämällä kunkin vaiheen reaktiot prosessin: dissosiaatio; veden itsionisaatio; kationin vähentäminen; ja anionin hapettuminen.

NaCl_(tässä) → Sisään⁺_(tässä) + Cl^-_(tässä)

H₂O → H⁺ + OH^-

2h⁺ + 2e → H_{2 g)}

2Cl^-_(tässä) → 2e + Cl_{2 g)}

Tasapainottamalla yhtälöt ja eliminoimalla reagensseissa ja tuotteissa toistuvat kohteet, meillä on:

2NaCl_(tässä) + 2H₂O_{(nestemäinen)} → 2Na⁺_(tässä) + 2OH^-_(tässä) + H_{2 g)} + Cl_{2 g)}

Globaalia yhtälöä analysoitaessa meillä on vielä Na-ioneja liuoksessa.⁺_(tässä) ja oh^-_(tässä), muodostaa kaustista soodaa (NaOH), yksi reaktion tuotteista vetykaasu, muodostettu katodissa, ja kaasu kloori, muodostunut anodissa.

Katso myös:Elektrolyysin kvantitatiiviset näkökohdat

ratkaistut harjoitukset

Kysymys 01 (UEG) Sinkitys on prosessi, joka antaa metallipinnoitteen tietylle kappaleelle. Alla on kokeellinen laite, joka on asetettu avaimen nikkelöinnin mahdollistamiseksi.

Avaimen päällystämisprosessissa tapahtuu X-reaktio, jota edustaa Y-puolireaktio. Tässä tapauksessa XY-pari voidaan esittää seuraavasti:

a) pelkistys, Ni⁺ + 1e^– → Ni (t)

b) pelkistys, Ni (s) → Ni²⁺ + 2e^–

c) hapetus, Ni²⁺ + 2e^– → Ni (t)

d) hapetus, Ni (s) → Ni²⁺ + 2e^–

e) pelkistys, Ni²⁺ + 2e^– → Ni (t)

Resoluutio: Kirjain e ". Liuoksessa olevat ionit ovat: kationit: Ni²⁺ ja H⁺; anionit: niin₄^2- ja oh^-. Kationeille Ni²⁺ sillä on prioriteetti purkauksessa ja siksi se kärsii katodin vähenemisestä yhtälön: Ni mukaan²⁺ + 2e^– → Ni (t).

Kysymys 02 (FMABC-SP) Harkitse seuraavaa metallikuparin puhdistuksessa käytettyä järjestelmää:

Tässä prosessissa:

a) II edustaa katodia, jossa tapahtuu hapettumista.

b) II edustaa anodia, jossa pelkistys tapahtuu.

c) I edustaa katodia, jossa tapahtuu hapettumista.

d) I edustaa katodia, jossa pelkistys tapahtuu.

e) I edustaa anodia, jossa hapetus tapahtuu.

Resoluutio: Kirjain e ". Elektrolyysissä generaattorin positiiviseen napaan liitettyä elektrodia kutsutaan anodiksi, ja siinä anionit menettävät elektroneja ja hapettuvat yhtälön mukaan: Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e.

Kysymys 03 (Fatec-SP) Teräsrenkaan kromaamiseksi opiskelija kootti seuraavassa kuvassa esitetyn elektrolyysipiirin tasavirran lähteellä.

Piirin toiminnan aikana on oikein sanoa, että se tapahtuu

a) kloorikaasun vapautuminen anodista ja metallisen kromin kerrostuminen katodille.

b) kloorikaasun vapautuminen katodissa ja metallisen kromin kerrostuminen anodille.

c) happikaasun vapautuminen anodissa ja metallisen platinan kerrostuminen katodille.

d) vetykaasun vapautuminen anodissa ja metallisen platinan korroosio katodissa.

e) vetykaasun vapautuminen katodissa ja metalliteräksen korroosio anodissa.

Resoluutio: Kirjain a". Liuoksessa olevat ionit ovat: kationit: Cr³⁺ ja H⁺; anionit: Cl^- ja oh^-. Kationeille, kr³⁺ sillä on prioriteetti purkauksessa ja siksi se kärsii katodissa vähenemisestä yhtälön mukaan: Cr³⁺ + 3e^– → Cr (s).

Anionien kohdalla Cl-: llä on etusija purkautumisessa, ja siksi se hapettuu anodilla yhtälön 2Cl mukaisesti.^-_(tässä) → 2e + Cl_{2 (g).}

Toisin sanoen anodissa (platinaosassa) vapautuu kloorikaasua Cl_2, ja katodissa (teräsrengas) metallikromin kerrostuminen.

Kirjoittanut Victor Ferreira
Kemian opettaja