Waterige elektrolyse: wat is, hoe, oefeningen

DE waterige elektrolyse is redoxreactie niet spontaan dat gebeurt met het verstrijken van elektrische stroom door een oplossing van ionen opgelost in Water. Om het goed te begrijpen, is het belangrijk om te weten wat elektrolyse zelf is. Opvolgen!

Zie ook: Wat is stollingselektrolyse??

Wat is elektrolyse en waarvoor dient het?

elektrolyse is de naam die wordt gegeven aan de chemische redoxreactie die optreedt als gevolg van het passeren van een elektrische stroom. Deze reactie kan op twee manieren plaatsvinden: a stollingselektrolyse en de elektrolyse in waterige ionische oplossing. Dit laatste is voor ons van belang in deze tekst.

Bij beide soorten elektrolyse zijn er ionen, de verschil is dat, in het eerste type, de ionische verbinding is gips en er is geen water in het proces, en in de tweede, zoals de naam al zegt, is de ionische verbinding opgelost in water.

Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)

Elektrolyse is een chemisch proces dat wordt gebruikt voor: verkrijgen van chemische elementen

(Leuk vinden metalen, waterstof, beryllium, chloor-, onder andere), voor de galvanisatieproces:, zoals verchromen en vernikkelen, en ook voor de elektrolytische metaalzuivering. Als je nieuwsgierig bent naar dit onderwerp, lees dan onze tekst: Elektrolyse concept.

Verzinkingsproces van metalen constructies in een zinkbad.

Waterige elektrolyse

Bij waterige elektrolyse hebben we een ionische verbinding opgelost in water, en deze, door dissociatie of ionisatie, geeft zijn ionen vrij in de oplossing, waardoor elektrische stroom kan worden doorgelaten. Naast de ionen die vrijkomen door de ionische verbinding, moeten we rekening houden met de ionen van de auto-ionisatie van water:

H₂O → H⁺ + OH^-

Omdat er elektrische stroom nodig is om elektrolyse te laten plaatsvinden, zeggen we dat het een niet-spontaan proces. wat er precies gebeurt met de in tegenstelling tot het proces dat wordt gezien in een stapel, die op zijn beurt de chemische energie die is afgeleid van een reactie, omzet in de productie van elektrische energie.

Hoe vindt waterige elektrolyse plaats?

Zoals gezegd, moeten we bij waterige elektrolyse rekening houden met de van water afgeleide ionen en de ionen afgeleid van de opgeloste verbinding. Zie het voorbeeld van dissociatie van natriumchloride:

NaCl_(hier) → In⁺_(hier) + Cl^-_(hier)

Dus de oplossing heeft twee kationen (H⁺ en verder⁺) en twee anionen (OH^- en Cl^-). Slechts één kation en één anion ondergaan echter oxidatie-reductie door de elektrische ontlading. Om te bepalen welke van de twee zal worden beïnvloed, hebben we een prioriteits-rij, hieronder weergegeven, in oplopende volgorde:

- Kationen: Metalen van de 1,2 en 13 familie < H⁺ < andere metalen

- anionen: Zuurstof en F anionen^- < OH^- < niet-geoxygeneerde anionen

Dus, voor het voorbeeld van elektrolyse in waterige oplossing van natriumchloride, we hebben dat de H ionen⁺ en Cl^- een elektrische ontlading zal krijgen. Nu gaan we de analyseren van wat er gebeurt bij elk van de polen:

• Kathode en anode

Bij de kathode, de negatieve pool van de elektrolytische cel, de elektronen bereiken de elektrode en dit is waar de in de oplossing aanwezige kationen naartoe migreren. Daarom vindt hier de ontlading van het H-kation plaats.⁺ en de reductie ervan, volgens de volgende vergelijking:

2 uur⁺ + 2e → H_2(g)

Aan de anode, de positieve pool van de elektrolysecel, de kationen die in de oplossing aanwezig zijn Ontladen en hun elektronen verliezen. Omdat het de prioriteit heeft om te downloaden boven de OH^-, de Cl^- migreert naar de anode, waar het oxidatie ondergaat volgens de volgende vergelijking:

2Cl^-_(hier) → 2e + Cl_2(g)

We kunnen de algemene vergelijking van het elektrolyseproces schrijven het toevoegen van de reacties van elke stap van het proces: dissociatie; de zelfionisatie van water; kation vermindering; en de oxidatie van het anion.

NaCl_(hier) → In⁺_(hier) + Cl^-_(hier)

H₂O → H⁺ + OH^-

2 uur⁺ + 2e → H_2(g)

2Cl^-_(hier) → 2e + Cl_2(g)

Door de vergelijkingen in evenwicht te brengen en de items te elimineren die in de reactanten en producten worden herhaald, hebben we:

2NaCl_(hier) + 2H₂O_(vloeistof.) → 2Na⁺_(hier) + 2OH^-_(hier) + H_2(g) + Cl_2(g)

Als we de globale vergelijking analyseren, hebben we nog steeds de Na-ionen in oplossing.⁺_(hier) en oh^-_(hier), bijtende soda vormen (NaOH), een van de producten van de reactie, naast de Hydrogen gas, gevormd aan de kathode, en de gas- chloor-, gevormd aan de anode.

Zie ook:Kwantitatieve aspecten van elektrolyse

opgeloste oefeningen

Vraag 01 (UEG) Verzinken is een proces dat het mogelijk maakt om een ​​bepaald stuk een metalen coating te geven. Hieronder ziet u een experimenteel apparaat, opgezet om een ​​sleutel te vernikkelen.

Tijdens het proces van het coaten van de sleutel met nikkel, zal een X-reactie optreden, weergegeven door een Y-halfreactie. In dit geval kan het XY-paar worden weergegeven door:

a) reductie, Ni⁺ + 1e^– → Ni(en)

b) reductie, Ni(s) → Ni²⁺ + 2e^–

c) oxidatie, Ni²⁺ + 2e^– → Ni(en)

d) oxidatie, Ni(s) → Ni²⁺ + 2e^–

e) reductie, Ni²⁺ + 2e^– → Ni(en)

Resolutie: Letter e". De in de oplossing aanwezige ionen zijn: kationen: Ni²⁺ en H⁺; anionen: SO₄^2- en oh^-. Voor kationen, Ni²⁺ het heeft prioriteit bij de ontlading en zal daarom een ​​vermindering van de kathode ondergaan, volgens de vergelijking: Ni²⁺ + 2e^– → Ni(en).

Vraag 02 (FMABC-SP) Overweeg het volgende systeem dat wordt gebruikt bij de zuivering van metallisch koper:

In dit proces:

a) II stelt de kathode voor waar oxidatie optreedt.

b) II stelt de anode voor waar de reductie optreedt.

c) I stelt de kathode voor waar oxidatie optreedt.

d) I stelt de kathode voor waarbij reductie optreedt.

e) I stelt de anode voor waar oxidatie optreedt.

Resolutie: Letter e". Bij elektrolyse wordt de elektrode die is aangesloten op de positieve pool van de generator een anode genoemd, en daarin verliezen de anionen elektronen en ondergaan ze oxidatie, volgens de vergelijking: Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e.

Vraag 03 (Fatec-SP) Voor het verchromen van een stalen ring monteerde een student het elektrolytische circuit, weergegeven in de volgende afbeelding, met behulp van een gelijkstroombron.

Tijdens de werking van het circuit is het correct om te zeggen dat het gebeurt

a) vrijkomen van chloorgas aan de anode en metallisch chroomafzetting op de kathode.

b) vrijkomen van chloorgas aan de kathode en metallisch chroomafzetting aan de anode.

c) vrijkomen van zuurstofgas aan de anode en afzetting van metallisch platina op de kathode.

d) vrijkomen van waterstofgas aan de anode en corrosie van het metallische platina aan de kathode.

e) vrijkomen van waterstofgas aan de kathode en corrosie van metallisch staal aan de anode.

Resolutie: Letter A". De in de oplossing aanwezige ionen zijn: kationen: Cr³⁺ en H⁺; anionen: Cl^- en oh^-. Voor kationen, Cr³⁺ het heeft voorrang bij de ontlading en daarom zal het aan de kathode reductie ondergaan, volgens de vergelijking: Cr³⁺ + 3e^– → Cr(s).

Voor anionen heeft Cl- prioriteit in de ontlading en zal daarom oxidatie ondergaan aan de anode, volgens de vergelijking: 2Cl^-_(hier) → 2e + Cl_2(g).

Dat wil zeggen, bij de anode (platinagedeelte) zullen we de afgifte van chloorgas Cl. hebben_2, en, in de kathode (stalen ring), de afzetting van metallisch chroom.

Door Victor Ferreira
Scheikundeleraar