Jest, to elektroliza substancji o budowie jonowej, w wysokiej temperaturze.
Nie powstają jony H+ i OH- , gdyż brak jest dysocjacji wody.
Zasada jest prosta:
Na katodzie wydziela się metal dowolny. Zawsze metal np. Na
2Na+ + 2e- ----> 2Na
Na anodzie niemetal gazowy np. Cl2 lub tlen.
- w solach reszt kwasów beztlenowych wydziela się niemetal np.
2Cl- ---> Cl2 + 2e-
- w wodorotlenkach wydziela się tlen.
4OH- ----> H2O + O2 + 4e-
Pytanie: Dlaczego stopione kwasy tlenowe i sole kwasów tlenowych tutaj nie ulegają hydrolizie ? Ponieważ nie mają budowy jonowej, nie są ciałami stałymi.
*elektroliza stopionego Al2O3 -> może pojawić się a maturze
Al2O3 jest wyjątkowo nierozpuszczalny w H2O.
T
Al2O3 -----> 2Al3+ + 3O2-
K(-) Al3+ + 3e- ----> Al /*4
A(+) 2O2- ---> O2 + 4e- /*3
4Al3+ + 6O2- -----> 4Al + 3O2
Elektroliza wody
Takie pytania pojawiają się na maturze - jaką substancję należy poddać elektrolizie, aby sumaryczne równanie miało postać : 2H2O ---> 2H2 + O2
Elektroliza wody zachodzi przy udziale substancji w których na anodzie i na katodzie dochodzi do rozkładu wody do wodoru i tlenu. Przykładem takiej substancji jest sól obojętna Na2SO4.
K (-): 2H2O +2e- ----> H2 + 2OH-
A (+): 2H2O ---> O2 + 4H+ + 2e-
2H2O ---> 2H2 + O2
Elektroliza związków organicznych
1. Na katodzie normalnie redukują się jony H+ lub cząsteczki H2O, w zależności od środowiska na katodzie wydziela się wodór
- w roztworach kwasów 2H+ + 2e- -----> H2
- w wodnych roztworach soli litowców i berylowców lub glinu 2H2O +2e- ----> H2 + 2OH-
2.Na anodzie:
2R- COO- ------> 2CO2 + R-R + 2 e-
Do zapamiętania ;).
Jedynie kwas szczawiowy COOH
|
COOH daje nam tylko CO2 na anodzie
****************************************************************************
Zad. 1077 Witowski
Wpisz rośnie/ maleje/ pozostaje bez zmian.
Podczas elektrolizy wodnego roztworu CuSO4 przy użyciu elektrod:
I. Miedzianych (uwaga elektroda bierze udział rekacji redoks dlatego rówanie ma postać):
K(-): Cu2+ +2e- ----> Cu
A(+): Cu----> Cu2+ + 2e-
a) masa anody => maleje
b) masa katody => rośnie
c) stężenie jonów Cu2+ => nie zmienia się
II. Grafitowych
K(-): Cu2+ +2e- ----> Cu
A(+): 2H2O ---> O2 + 4H+ + 2e-
a) masa anody => nie zmienia się
b) masa katody => rośnie
c) stężenie jonów Cu2+ => maleje
Na maturze możemy dostać pytanie:
*jak zmieni się pH wokół elektrody, na jaki kolor zabarwi się wskaźnik np. fenoloftaleina,
patrzymy wówczas czy powstają jony H+ lub OH-
*jak zmieni się masa anody i katody jak w powyższym przykładzie
*jak zmieni się stężenie jonów.
Generalnie zasada jest taka, że kationów metali ubywa, gdy ulegają one redukcji na katodzie, a pozostaje bez zmian, gdy ulegają także utlenieniu na anodzie. Gdy woda ulega rozkładowi (wody ubywa), to na logikę wzrasta stężenie jonów reszt => tak jest w przypadku elektrolizy kwasów tlenowych, zasad, soli metali mniej aktywnych od glinu np. CuSO4. W innych przypadkach stężenie maleje.
H2SO4
K(-): 2H+ + 2e- -----> H2
A(+): 2H2O ---> O2 + 4H+ + 2e-
Jak zmieni się stężenie jonów SO42- w roztworze? Wzrośnie.
Jak zmieni się pH? Zmaleje (powstają jony H+).
*********************************************************************
Korozja
Korozja chemiczna - spowodowana jest przez reakcje bez udziału wody, pod wpływem tlenków, powietrza.
Korozja elektrochemiczna - stanowią mikroogniwa. Warunkiem zajścia konieczna jest obecność wody i elektrolitu dla jonów Fe, które stanowi podstawowy składnik rdzy.
Dlaczego posypywanie dróg zimą NaCl lub CaCl2 przyspiesza korozję? Sole te powodują zwiększenie jonów w wodzie, powstaje elektrolit, który ułatwia korozję elektrochemiczna przez powstanie mikroogniwa.
Rdza nie chroni przed dalszym zniszczeniem, wręcz odwrotnie przyspiesza rdzawienie głębszych wartstw ponieważ ma porowatą strukturę i zatrzymuje wilgoć.
powietrze powietrze, CO2
Fe(OH)2 --------------> Fe(OH)3 --------------> węglany i tlenki Fe(II) i Fe(III) RDZA
Pamiętać należy, że procesy zachodzą tu jak w ogniwie, dlatego katoda (+), a anoda (-).
Wykonano doświadczenie, powyżej moje dzieło zmalowane na prędce w paincie. Sorki za małą estetykę wykonania, ale macie się skupić na konkretach tym co chcę wam przekazać, a nie pięknym obrazku ;).
A więc do wody włożono do czterech probówek drucik żelazy, przy czym w III był częściowo pokryty miedzią , a w IV cynkiem.
Podaj numery probówek w kolejności od próbówki w której korozja zajdzie najszybciej.
3,2,1,4.
Wyjaśnienie - korozja w probówce III zajdzie najszybciej, gdyż są tu dwa czynniki : dodano sól (przyspiesza korozję) jak i żelazo pokryte jest częściowo powłoką katodową. Ochrona przeciwkorozyjna w przypadku powłok katodowych ma warunek - powłoka musi być szczelna. Gdyby żelazo pokryte było całkowicie miedzią i nie doszłoby do uszkodzeń tejże powłoki spełniałaby swoje zadanie. Powłoki katodowe nieszczelne przyspieszą korozję, czyli działają w niekorzystna stronę.
W II mamy sól, w I korozja nastąpi pod wpływem normalnych czynników czyli powietrza i wody, zajdzie wolniej niż z dodatkiem soli.
Najwolniej w probówce IV, gdyż żelazo pokryte jest cynkiem (sorry na obrazku miałam wpisać Zn, a nie Fe). Cynk stanowi powłokę anodową. Oznacza, to że utlenieniu ulegnie najpierw powłoka cynkowa, a żelazo pozostanie nienaruszone. Powłoki anodowe, nie muszą być szczelne. Zasada jest taka, ze utlenia się najpierw to co jest najbardziej elektroujemne.
Prawa elektrolizy
Prawo Faradaya I
Masa substancji wydzielonej podczas elektrolizy jest proporcjonalna do ładunku, który przepłynął przez elektrolit
m= k*I*t (masa równa się KIT ;) )
lub
Q= I*t
m-masa (g)
k - wpółczynnik elektrochemiczny
t-czas (s)
I - natężeniu prądu (A)
Q- ładunek
1F (farad) odpowiada ładunkowi - 96 500 C/mol = A*s/mol
Wydzieleniu 1 mola jonów kationów lub anionów jednowartościowych towarzyszy powstanie ładunku 96 500C (A*s) (1F)
czyli:
1F - 1mol X+ (lub X-)
2F - 1 mol X2+ (lub X2-)
3F - 1 mol X3+ (anionów X3- nie ma)
1 mol gazu np. H2, Cl2 - 22,4 dm3 - 2F
bo H2 + 2e- ---> 2H+ (przepływają dwa elektrony)
natomiast wyjątek stanowi tlen: O2 (2O2-) - 4F
Wynika, to z tego że przepływowi i mola elektronów towarzyszy wydzielenie ładunku w postaci 1Farada, zatem gdy mamy kation np. Cu 2+ + 2e- ---> Cu, to przepływają dwa elektrony i powstaje ładunek 96 500C * 2.
Prawo Faradaya II
Stosunek masy molowej M substancji wydzielającej się na elektrodzie do iloczynu jej równoważnika elektrochemicznego i liczby moli elektronów jaka zostaje pobrana (oddana) podczas elektrolizy jednego mola substancji jest wielkością stałą i równą stałej faradaja
M
F= ---- z- ilość elektorów
z*k
mzk ;p
Gdy połączymy I i II prawo
M*I*t
m= --------
F*z
Zapamiętaj:
*Masa równa się KIT => I prawo
*Q=It
*1e- --- 96500C (1F)
*Farad równa się MZK M/ZK
Zapamiętajcie tylko te dwa wzory, ja na siłę zawsze chciałam zapamiętać ten trzeci łączący prawa wzór i zawsze po jakimś czasie totalnie wszystko mieszałam. Zapamiętajcie masa równa się kIt oraz Q=It oraz z drugiego prawa farad równa się mzk M/zk. Dalej wyprowadzicie. Popróbujcie.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz