Vattenhaltig elektrolys: vad är, hur, övningar

DE vattenhaltig elektrolys är redoxreaktion inte spontant som inträffar med passagen av elektrisk ström genom en lösning av joner upplöst i Vatten. För att förstå det väl är det viktigt att veta vad elektrolys i sig är. Uppföljning!

Se också: Vad är magartad elektrolys?

Vad är elektrolys och vad är det för?

Elektrolys är namnet på den kemiska redoxreaktionen som uppstår orsakad av passage av en elektrisk ström. Denna reaktion kan ske på två sätt: a magtrost elektrolys och den elektrolys i vattenhaltig jonlösning. Det senare är av intresse för oss i denna text.

I båda typerna av elektrolys finns joner, den skillnad är att, i den första typen, är den joniska föreningen kasta och har inget vatten i processen, och i det andra, som namnet säger, är den joniska föreningen upplöst i vatten.

Elektrolys är en kemisk process som används för erhållande av kemiska element (tycka om metaller, väte, beryllium, klor, bland andra), för galvaniseringsprocess, såsom förkromning och förnickling, och även för elektrolytisk metallrening. Om du är nyfiken på detta ämne, läs vår text: Elektrolys koncept.

Galvaniseringsprocess av metallstrukturer i zinkbad.

Vattenhaltig elektrolys

I vattenhaltig elektrolys har vi en jonförening löst i vatten, och den här, av dissociation eller joniseringsläpper ut sina joner i lösningen, vilket möjliggör passage av elektrisk ström. Förutom de joner som frigörs av den joniska föreningen måste vi ta hänsyn till jonerna från vatten autojonisering:

H₂O → H⁺ + OH^-

Eftersom det finns ett behov av elektrisk ström för att elektrolys ska ske, säger vi alltså att det är en icke-spontan process. vilket händer exakt med i motsats till processen som ses i en stack, som i sin tur omvandlar den kemiska energin som härrör från en reaktion, till produktion av elektrisk energi.

Hur sker vattenbaserad elektrolys

Som redan sagt, under vattenhaltig elektrolys måste vi ta hänsyn till vatten härledda joner och den joner härledda från den upplösta föreningen. Se exemplet med dissociation av natriumklorid:

NaCl_(här) → I⁺_(här) + Cl^-_(här)

Så lösningen har två katjoner (H⁺ och igen⁺) och två anjoner (OH^- och Cl^-). Men endast en katjon och en anjon kommer att genomgå oxidationsreduktion genom elektrisk urladdning. För att identifiera vilken av de två som kommer att påverkas har vi en prioritetskö, representerad nedan, i stigande ordning:

- Katjoner: Metaller av 1,2 och 13-familjen +

- anjoner: Syre- och F-anjoner^- -

Så, till exempel elektrolys i vattenlösning av natriumklorid, vi har att H-jonerna⁺ och Cl^- kommer att drabbas av elektrisk urladdning. Nu ska vi göra det analysera av vad som händer vid var och en av polerna:

• Katod och anod

Vid katod, den negativa polen i den elektrolytiska cellen, den elektroner når elektroden och det är här katjonerna som finns i lösningen migrerar till. Därför är det här där urladdningen av H-katjonen sker.⁺ och dess reduktion enligt följande ekvation:

2 timmar⁺ + 2e → H_{2 (g)}

Vid anoden, den positiva polen i den elektrolytiska cellen, de katjoner som finns i lösningen Urladdar och förlorar sina elektroner. Eftersom det har prioritet att ladda ner över OH^-, Cl^- migrerar till anoden, där den genomgår oxidation enligt följande ekvation:

2Cl^-_(här) → 2e + Cl_{2 (g)}

Vi kan skriva den allmänna ekvationen för elektrolysprocessen lägga till reaktionerna för varje steg av processen: dissociation; självjonisering av vatten; katjonreduktion; och oxidationen av anjonen.

NaCl_(här) → I⁺_(här) + Cl^-_(här)

H₂O → H⁺ + OH^-

2 timmar⁺ + 2e → H_{2 (g)}

2Cl^-_(här) → 2e + Cl_{2 (g)}

Att balansera ekvationerna och eliminera de föremål som upprepas i reaktanterna och produkterna har vi:

2NaCl_(här) + 2H₂O_(flytande.) → 2Na⁺_(här) + 2OH^-_(här) + H_{2 (g)} + Cl_{2 (g)}

När vi analyserar den globala ekvationen har vi fortfarande Na-jonerna i lösning.⁺_(här) och åh^-_(här), bildar kaustisk läsk (NaOH), en av produkterna från reaktionen, förutom vätgasbildades vid katoden och gas klorbildades vid anoden.

Se också:Kvantitativa aspekter av elektrolys

lösta övningar

Fråga 01 (UEG) Galvanisering är en process som gör det möjligt att ge en metallbeläggning till en viss bit. Nedan visas en experimentell apparat, inställd för att möjliggöra nickelplätering av en nyckel.

Vid processen att belägga nyckeln med nickel kommer en X-reaktion att inträffa, representerad av en Y-halvreaktion. I detta fall kan XY-paret representeras av:

a) reduktion, Ni⁺ + 1e^– → Ni (s)

b) reduktion, Ni (s) → Ni²⁺ + 2e^–

c) oxidation, Ni²⁺ + 2e^– → Ni (s)

d) oxidation, Ni (s) → Ni²⁺ + 2e^–

e) reduktion, Ni²⁺ + 2e^– → Ni (s)

Upplösning: Bokstaven e ". Jonerna som finns i lösningen är: katjoner: Ni²⁺ och H⁺; anjoner: SÅ₄^2- och åh^-. För katjoner, Ni²⁺ den har prioritet i urladdningen och därför kommer den att drabbas av en minskning av katoden enligt ekvationen: Ni²⁺ + 2e^– → Ni (s).

Fråga 02 (FMABC-SP) Tänk på följande system som används vid rening av metallisk koppar:

I denna process:

a) II representerar katoden där oxidation sker.

b) II representerar anoden där reduktionen sker.

c) I representerar katoden där oxidation sker.

d) I representerar katoden vid vilken reduktion sker.

e) I representerar anoden där oxidation sker.

Upplösning: Bokstaven e ". Vid elektrolys kallas elektroden som är ansluten till generatorns positiva pol en anod, och i den förlorar anjonerna elektroner och genomgår oxidation, enligt ekvationen: Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e.

Fråga 03 (Fatec-SP) För att förkroma en stålring monterade en student den elektrolytiska kretsen, som visas i följande bild, med en likströmskälla.

Under kretsens drift är det korrekt att säga att det inträffar

a) frisättning av klorgas vid anoden och metallkromavsättning på katoden.

b) frisättning av klorgas vid katoden och avsättning av metalliskt krom på anoden.

c) frigöring av syrgas vid anoden och avsättning av metallisk platina på katoden.

d) frisättning av vätgas vid anoden och korrosion av metallisk platina vid katoden.

e) frisättning av vätgas vid katoden och korrosion av metalliskt stål vid anoden.

Upplösning: Bokstaven A". De joner som finns i lösningen är: katjoner: Cr³⁺ och H⁺; anjoner: Cl^- och åh^-. För katjoner, Cr³⁺ det har prioritet vid urladdningen och därför kommer det att drabbas av minskning vid katoden, enligt ekvationen: Cr³⁺ + 3e^– → Cr (s).

För anjoner har Cl- prioritet i urladdningen och kommer därför att genomgå oxidation vid anoden enligt ekvationen: 2Cl^-_(här) → 2e + Cl_{2 (g).}

Det vill säga, vid anoden (platinadelen) kommer vi att ha frisättning av klorgas Cl_2, och, i katoden (stålringen), avsättningen av metalliskt krom.

Av Victor Ferreira
Kemilärare

Källa: Brazil School - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-solucao-aquosa.htm