Elektroliza.docx

Elektroliza

              Elektroliza przebiega w elektrolizerze, czyli urządzeniu składającym się z dwóch przewodników metalicznych (jednakowych lub różnych) zanurzonych w przewodniku jonowym. Przewodniki metaliczne to elektrody. Elektrody połączone są ze źródłem prądu stałego
o odpowiednio dobranym napięciu. Podczas przepływu prądu na granicy faz elektroda-elektrolit zachodzą reakcje konsekwencją, których jest osadzanie się na elektrodzie metalu lub wydzielanie gazu z roztworu.

              Elektroda połączona z ujemnym biegunem zewnętrznego źródła prądu to katoda. Elektroda połączona z biegunem dodatnim to anoda. Pod wpływem przyłożonego pola,  kationy (jony dodatnie) poruszają się w kierunku katody (elektrody ujemnej), a aniony (jony ujemne) w kierunku anody (elektrody dodatniej).

              Podstawowa różnica pomiędzy ogniwem a elektroliza polega na tym, że w ogniwie zachodzi reakcja, która powoduje przepływ elektronów w obwodzie zewnętrznym, natomiast
w elektrolizie przyłożone z zewnątrz napięcie wywołuje proces odwrotny: elektrony poruszają się w przeciwną stronę, a reakcje elektrodowe przebiegają w przeciwnym kierunku. W ogniwie galwanicznym zachodzi reakcja samorzutna, a elektrolizie wymuszamy zachodzenie reakcji poprzez przykładane z zewnątrz napięcie.

              Elektroliza przebiega tylko wówczas, gdy do elektrod przyłożone jest napięcie nie niższe niż wartość napięcia rozkładowego- wielkości charakterystycznej dla danego układu.

REGUŁY KOLEJNOŚCI ROZŁADOWYWANIA KATIONÓW W ROZTWORACH WODNYCH:

1.       Kation metalu ciężkiego (czyli metalu stojącego za glinem w szeregu napięciowym metali).

2.       Kation wodorowy.

     2H++2e-→H2

3.       Woda (w przypadku kationu metalu lekkiego-leżącego przed glinem w szeregu napięciowym metali)

    2H2O+2e-→H2+2OH-

REGUŁY KOLEJNOŚCI ROZŁADOWYWANIA ANIONÓW W ROZTWORACH WODNYCH:

1.       Anion kwasu beztlenowego.

2.       Anion wodorotlenkowy.

2OH--2e-→1/2O2+H2O

3.       Woda ( w przypadku kwasu tlenowego)

H2O-2e-→12O2+2H+

Elektroliza stopionych soli lub wodorotlenków daje metal na katodzie i tlen lub niemetal na anodzie.

Pierwsze prawo Faradaya-masa substancji wydzielonej podczas elektrolizy na elektrodzie jest proporcjonalna do wielkości ładunku, który przepłynął przez elektrolizer:

m=k * I* t = k* q

k- równoważnik elektrochemiczny- współczynnik określający masę substancji wydzielonej przy przepływie ładunku równego 1 kulomba

Drugie prawo Faradaya- stosunek masy molowej (M) substancji wydzielającej się na elektrodzie do iloczynu jej równoważnika elektrochemicznego (k) i liczby ładunkowej (z) reakcji elektrodowej jest wielkością stała dla wszystkich procesów elektrodowych i wynosi 96 500 C/mol:

Mk*z=F             F=96500 C/mol

Zad. W roztworze Cu(NO3)2 zanurzono płytkę żelazną o masie 50 g. masa płytki po wyjęciu i wysuszeniu zwiększyła się o 0,5 g. Ile gramów żelaza przeszło do roztworu?

Zad. W roztworze CuSO4 zanurzono płytkę cynkową o masie 50 g. Po skończonej reakcji masa płytki wymytej i wysuszonej zmniejszyła się o 0,025 g. Ile gramów CuSO4 przereagowało z cynkiem?

Zad. W roztworze Cu(NO3)2 zanurzono płytkę kadmową o masie 100 g. Po pewnym czasie wyjęto ją z roztworu, przemyto i wysuszono. Jej masa wynosiła 98 g. Ile gramów każdego z pierwiastków zawierała ta płytka?

Zad. W roztworze AgNO3 zanurzono przedmiot miedziany  masie 42,5 g. Gdy po pewnym czasie wyjęto go z roztworu, przemyto i zważono, ważył 51,7 g. Ile srebra wydzieliło się na przedmiocie miedzianym?

Zad. W roztworze zawierającym AgNO3 zanurzono płytkę niklową o masie 100 g. Po pewnym czasie przemyto ją, wysuszono i zważono. Okazało się , że jej masa wynosiła 102,5 g. Ile srebra wydzieliło się na płytce niklowej?

Zad. W roztworze Co(NO3)2 zanurzono płytkę cynku o masie 50 g. Gdy ją wyjęto z roztworu, przemyto i wysuszono, stwierdzono, że jej masa zmniejszyła się o 2,1 g. Ile cynku i kobaltu zawierała płytka po wyjęciu z roztworu?

Zad. Płytki miedziane zanurzono w roztworach wodnych NiSO4, Pb(NO3)2, HgCl2, AgNO3. Z którymi z tych soli miedź przereagowała? Ułóż równania w postaci jonowej i cząsteczkowej.

Zad. Podczas przepływu prądu o natężeniu 2A przez roztwór soli metalu trójwartościowego w ciągu 2 godzin wydzieliło się 2,93 g metalu. Jaki to metal?

Zad. Roztwór, który zawierał 0,24 mola SnCl2 i 0,25 CrCl3, poddano elektrolizie przepuszczając przez elektrolizer ładunek 1 F. Określ w procentach wagowych skład warstwy osadzonej na katodzie.

Zad. Jak długo należy przepuszczać prąd o natężeniu 3 A przez elektrolizer napełniony wodnym roztworem CuSO4, aby na katodzie wydzieliło się 5 g miedzi?

Zad. Podczas elektrolizy AgNO3 na anodzie wydzieliło się 0,224 dm3 tlenu (warunki normalne). Ile gramów srebra wydzieliło się jednocześnie na katodzie?

Zad. Podaj produkty wydzielające się na elektrodach platynowych oraz ułożyć reakcje elektrodowe zachodzące podczas elektrolizy:

a)      HCl, FeCl2, FeCl3, K2SO4, Ca(OH)2, Na2S

b)      AgNO3, CuCl2, KOH, HNO3, ZnBr2, CaI2

c)      ZnSO4, Na2SO4, PbCl2, K2S, Fe3(PO4)2, KI

d)      H2CO3, K2CO3, Cu(NO3)2, ZnBr2, Ca(OH)2

Zad. Podaj produkty wydzielające się na elektrodach platynowych i ułożc równania reakcji elektrodowych zachodzących podczas elektrolizy:

a)      Stopionego NaCl

b)      Wodnego roztworu HBr

c)      Wodnego roztworu NaOH

d)      Wodnego roztworu SnBr2

e)      Wodnego roztworu KCl

f)       Stopionego NaOH

g)      Stopionego SnCl2

Zad. Dlaczego proces elektrolizy roztworu H2SO4 nazywany jest elektrolizą wody?

Zad. Prowadzono elektrolizę czterech roztworów wodnych. Zaobserwowano, że produktami z roztworów I i II są wodór i chlor, a z roztworów III i IV- wodór i tlen. Odczyn roztworu I zmienił się na zasadowy, odczyn roztworu III pozostał kwaśny, a odczyn roztworu IV nie uległ zmianie. Wiedząc, że w tych roztworach mogły być zawarte jedynie: H2SO4, CuCl2, NaCl, Na2SO4, HCl, ustalić, co zawierały badane roztwory.

Zad. Podczas elektrolizy roztworu H2SO4 wydzieliło się na katodzie 10 cm3 gazu. Jaka objętość gazu (warunki normalne) wydzieliła się na anodzie?

Zad. Oblicz łączną objętość gazów (warunki normalne) otrzymanych podczas elektrolizy 90 g wody.

Zad. Ile gramów chloru wydzieliło się podczas elektrolizy stopionego PbCl2, jeżeli na katodzie wydzieliło się 0,5 mola ołowiu?

Zad. Oblicz masę substancji wydzielonej na katodzie podczas elektrolizy stopionego NaCl, jeżeli na anodzie wydzieliło się 11,2 dm3 gazu (warunki normalne).

Zad. Przez roztwór FeCl2 przepuszczano prąd o natężeniu 2 A w ciągu 10 min. Następnie przepuszczano prąd o tym samym natężeniu w tym samym czasie przez roztwór FeCl3. Z którego roztworu wydzielono więcej żelaza?

Zad. Podczas przepływu prądu o natężeniu 1,5 A w ciągu 30 min przez roztwór soli trójwartościowego metalu na katodzie wydzieliło się 1,07 g tego metalu. Obliczyć masę atomową metalu.

Zad. Zapisz równania reakcji zachodzących na elektrodach podczas elektrolizy wodnego roztworu Na2S. Jaką barwę przyjmie fenyloloftaleina w przestrzeni katodowej (uzasadnij odpowiedź)? Czy procesy będą przebiegać tak samo jeśli dotyczyć będą stopionego roztworu Na2S (odpowiedź uzasadnij pisząc odpowiednie równania reakcji elektrodowych)?