Mikä on elektrolyysi?

Elektrolyysi on a ei-spontaani kemiallinen reaktio johon liittyy hapetus-pelkistysreaktio, jonka aiheuttaa sähkövirta.

Jotta elektrolyysi tapahtuisi, mukana olevan sähkövirran on oltava jatkuva ja riittävän jännitteinen.

Jotta mukana olevilla ioneilla olisi vapaa liikkuvuus, elektrolyysi voi tapahtua fuusion (magmaelektrolyysi) tai liukenemisen (elektrolyysi liuoksessa) avulla.

Elektrolyysisovellukset

Elektrolyysimenetelmässä tuotetaan monia materiaaleja ja kemiallisia yhdisteitä, esimerkiksi:

• alumiini ja kupari-
• vety ja kloori sylinterissä
• pukukorut (galvanointi)
• painekattila
• magnesiumpyörä (auton navat).

Elektrolyysilait

Elektrolyysilait on kehittänyt englantilainen fyysikko ja kemisti Michael de Faraday (1791-1867). Molemmat lait säätelevät elektrolyysin kvantitatiivisia näkökohtia.

THE ensimmäinen elektrolyysilaki on seuraava lausunto:

“Elektrolyysiprosessin aikana kerrostuneen elementin massa on suoraan verrannollinen elektrolyysikennon läpi kulkevan sähkön määrään”.

Q = i. t

Missä,

Q: sähkövaraus (C)
i: sähkövirran voimakkuus (A)
t: sähkövirran kulun aikaväli

THE toinen elektrolyysilaki on seuraava lausunto:

“Eri alkuaineiden massat, kun ne kertyvät elektrolyysin aikana samaan sähkömäärään, ovat suoraan verrannollisia niiden kemiallisiin ekvivalentteihin”.

M = K. JA

Missä,

M: aineen massa
K: suhteellisuusvakio
JA: gramma ekvivalenttia ainetta

Lisätietoja artikkelista: Faradayn vakio.

Luokitus

Elektrolyysiprosessi voi tapahtua sulamisen tai liukenemisen kautta:

Magmainen elektrolyysi

Magmaelektrolyysi on se, joka prosessoidaan sulasta elektrolyytistä, toisin sanoen Fuusio.

Käytetään esimerkkinä NaCl (natriumkloridi). Kun aine kuumennetaan 808 ° C: seen, se sulautuu ja läsnä olevat ionit (Na⁺ ja Cl^-) alkaa olla suurempi liikkumisvapaus nestemäisessä tilassa.

kun sähkövirta kulkeutuu elektrolyysikennoon, Na-kationeihin⁺ heidät houkuttelee negatiivinen napa, jota kutsutaan katodiksi. Jo Cl: n anionit^-, houkuttelee positiivinen napa tai anodi.

Na: n tapauksessa⁺ tapahtuu pelkistysreaktio, kun taas Cl^-, on reaktio hapettuminen.

Magneettisen NaCl-elektrolyysikaavio

Vesipitoinen elektrolyysi

Vesipitoisessa elektrolyysissä käytetty ionisoiva liuotin on vesi. Vesiliuoksessa elektrolyysi voidaan suorittaa käänteisillä elektrodeilla tai aktiivisilla (tai reaktiivisilla) elektrodeilla.

Inertit elektrodit: liuoksessa oleva vesi ionisoituu yhtälön mukaan:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

Kanssa dissosiaatio NaCl: sta meillä on:

NaCl → Na⁺ + Cl^-

Siten H-kationit⁺ ja edelleen⁺ voi purkautua negatiiviseen napaan, kun taas OH-anionit^- ja Cl^- voidaan purkaa positiivisella napalla.

NaCl-vesipitoinen elektrolyysikaavio

Kationeissa tapahtuu pelkistysreaktio (katodinen pelkistys), kun taas anioneissa hapetusreaktio (anodinen hapetus).

Joten meillä on elektrolyysireaktio:

2 NaCl + 2H₂O → 2 tuumaa⁺ + 2 OH^- + H₂ + Cl₂

Tästä voimme päätellä, että NaOH-molekyylit pysyvät liuoksessa, kun taas H₂ vapautuu negatiivisessa napassa ja Cl₂, positiivisella napalla.

Tämä prosessi johtaa vastaavaan yhtälöön:

2 NaCl + 2H₂O → 2 NaOH + H₂ + Cl₂

Aktiiviset elektrodit: tässä tapauksessa aktiiviset elektrodit osallistuvat elektrolyysiin, mutta ne kärsivät korroosiosta.

Esimerkiksi meillä on elektrolyysi kuparisulfaatin vesiliuoksessa (CuSO₄):
CUSO₄ → Cu₂ + Käyttöjärjestelmä ^2-₄
H₂O → H⁺ + OH^-

CuSO-vesipitoinen elektrolyysikaavio₄

Tässä tapauksessa kuparianodi syöpyy:

Perse⁰ → Cu²⁺ + 2e^-

Tämä johtuu siitä, että elektrodien standardipotentiaalien mukaan sähkövirralla on helpompi aika poistaa elektronit Cu: sta⁰ kuin käyttöjärjestelmä ^2-₄ tai oh^-.

Siksi negatiivisessa napassa tapahtuu seuraava elektrolyysireaktio:

2e^- + Cu²⁺ → Cu

Positiivisella napalla meillä on elektrolyysireaktio:

Cu → Cu²⁺ + 2e^-

Lopuksi, kun lisätään kaksi elektrolyysikaavaa, tuloksena on nolla.

Haluatko tietää enemmän aiheesta? Lue artikkelit:

• Ioni, kationi ja anioni
• Kemialliset reaktiot
• hapetus-pelkistysreaktiot

Akku ja elektrolyysi

Elektrolyysi perustuu päinvastaiseen ilmiöön kuin akku. Elektrolyysissä prosessi ei ole spontaani, kuten tapahtuu paristoissa. Toisin sanoen elektrolyysi muuntaa sähköenergian kemialliseksi energiaksi, kun taas solu tuottaa sähköenergiaa kemiallisesta energiasta.

tietää enemmän Sähkökemia.

Harjoitukset

1. (Ulbra-RS) Metallista kaliumia voidaan tuottaa kaliumkloridin tinaelektrolyysillä. Valitse tästä lauseesta oikea vaihtoehto.

a) Elektrolyysi on prosessi, johon liittyy hapettumis-pelkistys- ja pelkistysreaktioita, joita motivoi sähkövirta.
b) Kaliumkloridin magneettinen elektrolyysi tapahtuu huoneenlämpötilassa.
c) Kaliumia esiintyy luonnossa pelkistetyssä muodossa (K⁰).
d) Elektrolyysireaktio tapahtuu ultraviolettisäteilyn avulla.
e) Kaliumkloridin elektrolyysin aikana metallisen kaliumin saamiseksi tapahtuu elektronien siirtymistä kaliumista klooriin.

Katso Vastaus

Vaihtoehto

2. (UFRGS-RS) Elektrolyysikennon katodissa on aina:

a) Metallikerros.
b) Pelkistävä puolireaktio.
c) Sähkövirran tuottaminen.
d) Vetykaasun vapautuminen.
e) Kemiallinen korroosio.

Katso Vastaus

Vaihtoehto b

3. (Unifor-CE) Seuraavat ehdotukset liittyvät elektrolyysiin:

I. Elektrolyysireaktioita tapahtuu sähköenergian kulutuksen yhteydessä.
II. Vesipitoisia glukoosiliuoksia ei voida elektrolysoida, koska ne eivät johda sähkövirtaa.
III. Suolaliuosten elektrolyysissä metallikationit hapettuvat.

Voimme sanoa vain sen:

a) Olen oikeassa.
b) II on oikea.
c) III on oikea.
d) I ja II ovat oikein.
e) II ja III ovat oikein.

Katso Vastaus

Vaihtoehtoinen

4. (FEI-SP) Kaksi kemian opiskelijaa suoritti BaCl-elektrolyysin₂; ensimmäinen vetinen ja toinen tulinen. Tuloksen suhteen voidaan sanoa, että molemmat saivat:

a) H₂ se on₂ anodeilla.
b) H₂ ja Ba anodeissa.
c) Cl₂ ja Ba elektrodeilla.
d) H₂ katodeilla.
e) Cl₂ anodeilla.

Katso Vastaus

Vaihtoehtoinen ja

5. (Vunesp) "Allas ilman kemiaa”On vedenkäsittelyä koskeva mainos. Tiedetään kuitenkin, että käsittely koostuu natriumkloridin lisäämisestä veteen ja tämän kuljettamisesta vettä astiaan, joka on varustettu lyijyyn kytketyillä kupari- ja platinaelektrodeilla auto.

a) Keskustele näiden tietojen perusteella, onko mainosviesti oikea
b) Kun otetaan huomioon inertit elektrodit, kirjoita mukana olevien reaktioiden yhtälöt, jotka oikeuttavat edellisen vastauksen.

Katso Vastaus

a) Mainosviesti ei ole oikea, koska kemikaaleja muodostuu.
b) 2 NaCl + 2H₂O → 2 NaOH + H₂ + Cl₂ (reaktio, joka muodostaa kloorin, hyödyllinen uima-altaan veden käsittelyssä)
2 NaOH + Cl₂ → NaCl + NaClO + H₂O (reaktio, joka muodostaa voimakkaan bakterisidin NaClO)