Elektrolyysikonsepti, tyypit ja ratkaistut harjoitukset

Elektrolyysi se on ei-spontaani prosessi, toisin sanoen sellainen, jota ei tapahdu luonnossa, jossa aineet muodostuvat sähköpurkauksen avulla veteen sulatetuissa tai liuotetuissa yhdisteissä. Tässä prosessissa sähkövirta saavuttaa lasisäiliön (elektrolyyttisäiliön), jossa on kaksi inerttiä elektrodia (jotka eivät kärsi tai hapettuminen ei myöskään vähentäminen) muodostuu grafiitista tai platinasta. Nämä elektrodit on kytketty sähkölähteeseen (yleensä a rummut) ja kastetaan sulaan tai veteen liuotettuun suolaan tai emäkseen. Aivan kuten akku, elektrolyysissä on katodi (missä tapahtuu pelkistys) ja anodi (missä tapahtuu hapettumista).

Yhteenveto

• Elektrolyysi on ei-spontaani prosessi;

• Yksinkertaisia ​​tai yhdistettyjä aineita voidaan muodostaa;

• Se voi tapahtua sulan liuenneen aineen kanssa (magmaelektrolyysi);

• Se voi tapahtua liuenneen aineen ollessa liuotettuna veteen (vesipitoinen elektrolyysi);

• Kationi pelkistyy aina katodissa;

• Anioni hapettuu aina anodissa.

Katso myös:Alumiinin saaminen elektrolyysistä

Esitys elektrolyyttisen altaan osista

Elektrolyysityypit

Se on elektrolyysi, joka tapahtuu, kun sähköpurkaus suoritetaan sulalle ioniselle yhdisteelle. Ioniyhdiste on sellainen, joka muodostuu ionisidoksesta, kuten a suola tai a pohja epäorgaaninen. Kun puhumme sulasta yhdisteestä, tarkoitamme puolestaan ​​yhdistettä, joka siirtyy kiinteästä aineesta nestemäiseen tilaan.

- Esimerkki magmaelektrolyysistä

Kun suoritamme kaliumkloridin (KCl) fuusion, tämä suola käy dissosiaatioprosessissa vapauttaen kaliumkationin (K⁺) ja jodidianioni (l^-).

Kaliumkloridin dissosiaatioyhtälö

Kun sähkövirta saavuttaa elektrolyysikennon näiden ionien kanssa, kaliumkationi pelkistyy muodostaen metallista kaliumia (K) ja jodidianioni hapettuu muodostaen kiinteän jodin (I₂).

Kiinteän kaliumin muodostumisen yhtälö

Kiinteän jodin muodostumisen yhtälö

Se on elektrolyysi, joka tapahtuu, kun sähköpurkaus suoritetaan suolan tai epäorgaanisen emäksen muodostamaan vesiliuokseen (jossa on vettä).

- Esimerkki vesipitoisesta elektrolyysistä

Kun liuotamme natriumkloridia veteen, se dissosioituu ja vesi ionisoituu:

Veden ionisaatio- ja natriumklorididisosiaatioyhtälöt

Natriumkationina (Na⁺) kuuluu IA-perheeseen, hydrroniumkationiin (H⁺) kulkee purkauksen läpi ja pelkistyy muodostaen vetykaasua (H₂).

Vetykaasun muodostumisen yhtälö

Kloridina (Cl^-) ei ole hapetettu (ei happea) eikä fluori (F^-), se poistuu, hapettuen ja muodostaen kloorikaasua (Cl₂).

Kloorikaasun muodostumisen yhtälö

Selektiivinen ionipurkaus

Elektrolyysiprosessin aikana vesipitoisessa väliaineessa (veden ja liuenneen aineen muodostama liuos) meillä on aina kaksi kationia: hydronium, vedestä, ja mikä tahansa muu, kationista. suolan dissosiaatio (esimerkki liuenneesta aineesta). Meillä on myös kaksi anionia: hydroksyyli, joka tulee vedestä, ja toinen, joka tulee suolasta.

Veden ionisaation ja suolan dissosiaation ionit

- Kationien ja anionien valikoiva purkautuminen

• Jos liuenneesta aineesta kationi kuuluu IA-, IIA- tai IIIA-perheeseen, hydronium (H⁺) vähennetään;

• Jos soluutista peräisin oleva kationi ei kuulu yllä mainittuihin perheisiin, se kärsii vähenemisestä.

• Jos liuenneen aineen anionin koostumus on happea tai se on fluoria (F^-), hydroksidi (OH^-) hapetetaan;

• Jos liuenneen aineen anionilla ei ole edellä mainittuja ominaisuuksia, se hapettuu.

Tiedetään, että vedellä on kyky itsensä ionisoida tuottaen hydroniumioneja (H⁺) ja hydroksidi (OH^-), mutta tämä ionisaatio on hyvin rajallista. Tämä tosiasia todistetaan puhtaan veden tehottomuudesta sähkövirran johtamisessa.

Kuten elektrolyysi sisältää sähköpurkauksen, veden elektrolyysin suorittamiseksi on välttämätöntä liuottaa liuotettu aine, joka suosii hydroniumin ja hydroksidin valikoivaa purkautumista (kuten purkautumista koskevassa aiheessa nähdään) valikoiva).

Jos lisätään natriumsulfaattia (Na₂VAIN₄), esimerkiksi keskellä ovat natriumkationit (Na⁺) ja hydronium (H⁺) sekä hydroksidianionit (OH^-) ja sulfaatti (SO₄^-2). Siten kun sähkövirta saapuu elektrolyyttisäiliöön:

• hydronium purkautuu pelkistämällä, koska natrium kuuluu IA-perheeseen;

Vetykaasun muodostumisen yhtälö

• hydroksidi purkautuu ja hapettuu, koska sulfaatin koostumuksessa on happea.

Happikaasun muodostumisen yhtälö

Kun vedestä tulevat kaksi ionia (kationi ja anioni) purkautuivat, sanomme, että veden elektrolyysi tapahtui.

Katso myös: Elektrolyysin kvantitatiiviset näkökohdat

• Yksinkertaisten aineiden, kuten vetykaasun (H₂), happikaasu (O₂) jne.;

• Komposiittiaineiden, kuten natriumhydroksidin (NaOH), rikkihapon (H₂VAIN₄) jne;

• Osan päällystäminen tietyllä metallilla, kuten kupari (kupari) ja kulta (kultapinnoitus);

• Käytä tietyn metallin poistamiseen malmista.

Ratkaistut elektrolyysiharjoitukset

Esimerkki 1 - (Vunesp) CuC2: n vesiliuos₂ altistetaan elektrolyysille käyttäen platinaelektrodeja. Oikea lause on:

a) Cu-ionien pelkistys tapahtuu katodissa²⁺.

b) Cu-ionihapetus tapahtuu anodissa²⁺.

c) Katodiin muodostuu kloorikaasua.

d) Osa platina-anodista liukenee muodostaen Pt²⁺.

e) Tämän elektrolyysin tuotteet olisivat erilaiset, jos CuCl: n elektrolyysi₂ oli tulinen (fuusio).

a) Oikea. Kun CuCl₂ on liuennut veteen, meillä on hydroniumkationit (H⁺) ja kupari II (Cu⁺²). Koska kupari II -kationi ei kuulu IA-, IIA- ja IIIA-perheisiin, se vähenee.

b) väärä, koska kloridianioni (Cl) hapetetaan anodissa^-), jonka koostumuksessa ei ole happea eikä fluoridi (F^-).

c) väärä, koska kupari II-kationin pelkistyminen tapahtuu katodissa, siis muodostuu kuparimetallia.

d) Vääriä, koska elektrolyysissä olevat platina- tai grafiittielektrodit johtavat vain sähköä, ne eivät osallistu prosessiin.

e) väärä kuparikloridi II: n (CuCl₂) tuottaisi täsmälleen samoja tuotteita kuin vesipitoinen, koska läsnä olevat ionit olisivat kupari II (Cu⁺²) ja kloridi (Cl^-1).

Esimerkki 2 (UFRN) Harkitse seuraavia järjestelmiä:

I. Sula natriumkloridi;

II. Natriumkloridin vesiliuos;

III. Sulatettu natriumhydroksidi;

IV. Natriumhydroksidin vesiliuos.

Ne, jotka voivat tuottaa natriumia elektrolyysin aikana, ovat:

a) vain I ja II.

b) vain I ja III.

c) vain II ja IV.

d) vain III ja IV.

e) I, II, III ja IV.

Järjestelmät, jotka toimittavat metallista natriumia tuotteena katodissa, ovat I ja III.

I - Ainoa väliaineessa oleva kationi on natriumkationi, joten vain se voi pelkistää muodostaen metallisen natriumin.

II- Tämä järjestelmä ei tarjoa metallista natriumia, koska natriumkloridi liuotettiin veteen, joten keskellä on natriumkationeja (Na⁺) ja hydronium (H⁺) - tämä kärsii vähennyksestä, koska natrium kuuluu IA-perheeseen.

III - Ainoa väliaineessa oleva kationi on natriumkationi (koska materiaali on fuusioitunut), joten vain se pelkistyy muodostaen metallisen natriumin;

IV- Tämä järjestelmä ei tarjoa metallista natriumia, koska natriumhydroksidi liuotettiin veteen, joten keskellä on natriumkationeja (Na⁺) ja hydronium (H⁺) - tämä kärsii vähennyksestä, koska natrium kuuluu IA-perheeseen.

Minun luona. Diogo Lopes Dias