Vodna elektroliza: kaj je, kako, vaje

THE vodna elektroliza je redoks reakcija ne spontano ki se zgodi s prehodom električni tok z raztopino ioni raztopljen v Voda. Za dobro razumevanje je pomembno vedeti, kaj je elektroliza sama. Nadaljevanje!

Glej tudi: Kaj je magmatska elektroliza?

Kaj je elektroliza in čemu služi?

Elektroliza je ime kemijske redoks reakcije, ki nastane zaradi prehoda električnega toka. Ta reakcija se lahko zgodi na dva načina: a magmatska elektroliza in elektroliza v vodni ionski raztopini. Slednje nas v tem besedilu zanima.

Pri obeh vrstah elektrolize obstajajo ioni Razlika je, da je pri prvi vrsti ionska spojina igralska zasedba in pri tem nima vode, v drugem, kot že ime pove, je ionska spojina raztopljen v vodi.

Ne ustavi se zdaj... Po oglaševanju je še več;)

Elektroliza je kemični postopek, ki se uporablja za pridobitev kemični elementi (kot kovin, vodik, berilij, klor, med drugim), za postopek pocinkanja, kot so kromiranje in nikljanje, in tudi za elektrolitsko čiščenje kovin. Če vas zanima ta tema, preberite naše besedilo: Koncept elektrolize.

Postopek cinkanja kovinskih konstrukcij v cinkovi kopeli.

Vodna elektroliza

Pri vodni elektrolizi imamo v vodi raztopljeno ionsko spojino, to pa do disociacija ali ionizacijasprošča svoje ione v raztopino, kar omogoča prehod električnega toka. Poleg ionov, ki jih sprošča ionska spojina, moramo upoštevati še ione iz avtoionizacija vode:

H₂O → H⁺ + OH^-

Ker obstaja potreba po električnem toku, da bi lahko prišlo do elektrolize, pravimo, da je to nespontani proces. kar se zgodi točno na v nasprotju s postopkom, ki ga vidimo v kupčku, ki pa kemijsko energijo, ki izhaja iz reakcije, pretvori v proizvodnjo električne energije.

Kako pride do vodne elektrolize

Kot že rečeno, moramo med vodno elektrolizo upoštevati ioni iz vode in ioni, pridobljeni iz raztopljene spojine. Glej primer disociacije natrijevega klorida:

NaCl_(tukaj) → V⁺_(tukaj) + Kl^-_(tukaj)

Torej ima raztopina dva kationa (H⁺ in naprej⁺) in dva aniona (OH^- in Cl^-). Vendar bo le en kation in en anion podvržen oksidacijski redukciji z električnim praznjenjem. Da bi ugotovili, kateri od obeh bo prizadet, imamo a prednostna vrsta, predstavljeni spodaj, v naraščajočem vrstnem redu:

- Kationi: Kovine iz družin 1,2 in 13 +

- anioni: Anioni kisika in F^- -

Torej, na primer elektroliza v vodni raztopini natrijev klorid, imamo, da so ioni H⁺ in Cl^- bo pretrpel električni izpust. Zdaj bomo naredili analizirati o tem, kaj se zgodi na vsakem od polov:

• Katoda in anoda

Pri katoda, negativni pol elektrolitske celice, elektroni dosežejo elektrodo in tu se kationi v raztopini preselijo. Zato se tu zgodi izpust kationa H.⁺ in njegovo zmanjšanje po naslednji enačbi:

2h⁺ + 2e → H_{2 (g)}

Na anodi, pozitivnem polu elektrolitske celice, so v raztopini prisotni kationi Izpraznijo in izgubijo svoje elektrone. Ker ima prednost nalaganje prek OH^-, Cl^- migrira na anodo, kjer je podvržena oksidaciji v skladu z naslednjo enačbo:

2Cl^-_(tukaj) → 2e + Cl_{2 (g)}

Zapišemo lahko splošno enačbo procesa elektrolize seštevanje reakcij vsakega koraka procesa: disociacija; samoionizacija vode; zmanjšanje kationov; in oksidacija aniona.

NaCl_(tukaj) → V⁺_(tukaj) + Kl^-_(tukaj)

H₂O → H⁺ + OH^-

2h⁺ + 2e → H_{2 (g)}

2Cl^-_(tukaj) → 2e + Cl_{2 (g)}

Če uravnotežimo enačbe in odstranimo elemente, ki se ponavljajo v reaktantih in produktih, imamo:

2NaCl_(tukaj) + 2H₂O_(tekočina.) → 2Na⁺_(tukaj) + 2OH^-_(tukaj) + H_{2 (g)} + Kl_{2 (g)}

Pri analizi globalne enačbe imamo še vedno v rešitvi ione Na.⁺_(tukaj) in oh^-_(tukaj), tvori kavstično sodo (NaOH), eden od produktov reakcije, poleg vodikov plin, ki nastanejo na katodi, in plin klor, ki nastanejo na anodi.

Glej tudi:Kvantitativni vidiki elektrolize

rešene vaje

Vprašanje 01 (UEG) Pocinkanje je postopek, ki omogoča dajanje kovinske prevleke določenemu kosu. Spodaj je prikazana eksperimentalna naprava, nameščena tako, da omogoča ponikljavanje ključa.

V postopku prevleke ključa z nikljem bo prišlo do reakcije X, ki jo predstavlja Y-polovična reakcija. V tem primeru lahko par XY predstavlja:

a) redukcija, Ni⁺ + 1e^– → Ni (s)

b) redukcija, Ni (s) → Ni²⁺ + 2e^–

c) oksidacija, Ni²⁺ + 2e^– → Ni (s)

d) oksidacija, Ni (s) → Ni²⁺ + 2e^–

e) redukcija, Ni²⁺ + 2e^– → Ni (s)

Resolucija: Črka e ". V raztopini so prisotni ioni: kationi: Ni²⁺ in H⁺; anioni: SO₄^2- in oh^-. Za katione Ni²⁺ ima prednost pri praznjenju, zato bo pretrpela zmanjšanje katode v skladu z enačbo: Ni²⁺ + 2e^– → Ni (s).

Vprašanje 02 (FMABC-SP) Razmislite o naslednjem sistemu, ki se uporablja pri čiščenju kovinskega bakra:

V tem postopku:

a) II predstavlja katodo, kjer pride do oksidacije.

b) II predstavlja anodo, kjer pride do redukcije.

c) I predstavlja katodo, kjer pride do oksidacije.

d) I predstavlja katodo, pri kateri pride do redukcije.

e) I predstavlja anodo, kjer pride do oksidacije.

Resolucija: Črka e ". Pri elektrolizi se elektroda, povezana s pozitivnim polom generatorja, imenuje anoda, v njej pa anioni izgubijo elektrone in se podvržejo oksidaciji, v skladu z enačbo: Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e.

Vprašanje 03 (Fatec-SP) Študent je za kromiranje jeklenega obroča sestavil elektrolitsko vezje, prikazano na naslednji sliki, z uporabo enosmernega vira.

Med delovanjem vezja je pravilno navesti, da se pojavi

a) sproščanje plina klora na anodi in nanos kovinskega kroma na katodi.

b) sproščanje plina klora na katodi in nalaganje kovinskega kroma na anodi.

c) sproščanje kisikovega plina na anodi in nalaganje kovinske platine na katodi.

d) sproščanje vodikovega plina na anodi in korozija kovinske platine na katodi.

e) sproščanje vodikovega plina na katodi in korozija kovinskega jekla na anodi.

Resolucija: Črka a ". V raztopini so prisotni ioni: kationi: Cr³⁺ in H⁺; anioni: Cl^- in oh^-. Za katione Cr³⁺ ima prednost pri praznjenju, zato bo na katodi utrpel zmanjšanje v skladu z enačbo: Cr³⁺ + 3e^– → Cr (s).

Za anione ima Cl- prednost pri praznjenju in bo zato na anodi oksidiran v skladu z enačbo: 2Cl^-_(tukaj) → 2e + Cl_{2 (g).}

To pomeni, da bomo na anodi (platinasti del) sprostili klorov plin Cl_2, in v katodi (jekleni obroč) nanašanje kovinskega kroma.

Avtor Victor Ferreira
Učitelj kemije