Օրինակելի հարցեր և էլեկտրոլիտային բջիջների քննարկում
Էլեկտրոլիտիկ բջիջը սարք է, որն օգտագործվում է էլեկտրական էներգիան ոչ ինքնաբուխ քիմիական ռեակցիայի փոխակերպելու համար, ի տարբերություն վոլտային բջիջի կամ գալվանական բջիջի, որոնք քիմիական էներգիան փոխակերպում են էլեկտրական էներգիայի: Էլեկտրոլիտիկ բջիջում էլեկտրական հոսանքն օգտագործվում է քիմիական ռեակցիա ստիպելու համար, որը այլապես չէր տեղի ունենա առանց լրացուցիչ էլեկտրական էներգիայի: Այս հասկացությունը կարևոր է տարբեր արդյունաբերական կիրառություններում, ինչպիսիք են մաքուր մետաղների արտադրությունը, ջրի էլեկտրոլիզը՝ ջրածին և թթվածին ստանալու համար, և շատ ավելին:
Այս հոդվածում կքննարկվեն էլեկտրոլիզի խնդիրների մի քանի օրինակներ՝ դրանց քննարկումների հետ միասին, որոնք կարող են օգնել ուսանողներին ավելի խորը հասկանալ էլեկտրոլիտային բջիջների հայեցակարգը։
Օրինակ՝ հարց 1. NaCl լուծույթի էլեկտրոլիզ
Պերտանյանյան
Նատրիումի քլորիդի (NaCl) լուծույթը էլեկտրոլիզացվում է իներտ էլեկտրոդների միջոցով: Գրեք կաթոդում և անոդում տեղի ունեցող ռեակցիաները և յուրաքանչյուր էլեկտրոդում առաջացող արգասիքները:
Քննարկում
Էլեկտրոլիտիկ խցիկում կան երկու էլեկտրոդ՝ կաթոդ (բացասական էլեկտրոդ) և անոդ (դրական էլեկտրոդ): NaCl լուծույթի էլեկտրոլիզը տեղի է ունենում երկու փուլով՝ ռեակցիա կաթոդում և ռեակցիա անոդում:
1. Ռեակցիա կաթոդում.
Կաթոդում ներգրավված իոնները Na^+ իոններ և H_2O իոններ են։ Սակայն H_2O իոնները ավելի հեշտությամբ են վերականգնվում, քան Na^+ իոնները՝ իրենց ավելի բարձր վերականգնողական պոտենցիալի շնորհիվ։
Կաթոդում տեղի է ունենում հետևյալ ռեակցիան.
««
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (Վերականգնման պոտենցիալ = -0.83 Վ)
««
Կաթոդում առաջացող արգասիք է ջրածին գազը (H₂):
2. Ռեակցիա անոդում.
Անոդում ներգրավված են Cl⁻ իոններ և H⁻O իոններ: Cl⁻ իոններն ավելի հեշտությամբ են օքսիդանում, քան H⁻O իոնները՝ իրենց ցածր օքսիդացման պոտենցիալի պատճառով:
Անոդում տեղի է ունենում հետևյալ ռեակցիան.
««
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (Օքսիդացման պոտենցիալ = -1.36 Վ)
««
Անոդում առաջացող արգասիք է քլորի գազը (Cl₂):
Այսպիսով, NaCl լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդում արտադրվող արգասիք է ջրածնի գազը (H₂), իսկ անոդում՝ քլորի գազը (Cl₂):
Օրինակ հարց 2. CuSO₄ լուծույթի էլեկտրոլիզ պղնձի էլեկտրոդներով
Պերտանյանյան
Պղնձի (II) սուլֆատի (CuSO₄) լուծույթի էլեկտրոլիզը կատարվել է պղնձե էլեկտրոդների միջոցով: Գրեք կաթոդում և անոդում տեղի ունեցող ռեակցիաները և յուրաքանչյուր էլեկտրոդում առաջացող արգասիքները:
Քննարկում
Այս դեպքում էլեկտրոդը իներտ չէ, այլ պղնձե էլեկտրոդ է, ուստի էլեկտրոդը կարձագանքի։
1. Ռեակցիա կաթոդում.
Կաթոդում անոդի Cu²⁺ իոնները կվերականգնվեն։
««
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(ներ) (Նվազեցման պոտենցիալ = +0.34 Վ)
««
Կաթոդում առաջացող նյութը պինդ պղինձ է (Cu), որը նստվածք է տալիս էլեկտրոդի վրա։
2. Ռեակցիա անոդում.
Անոդում պղնձի էլեկտրոդն ինքնին օքսիդացված կլինի։
««
Cu(ներ) → Cu²⁺(aq) + 2e- (Օքսիդացման պոտենցիալ = -0.34 Վ)
««
Անոդում առաջացող արգասիքները Cu²⁺ իոններն են։
Քանի որ էլեկտրոդը պղինձ է, լուծույթում էլեկտրոլիզացված Cu²⁺ իոնները փոխհատուցվում են անոդային էլեկտրոդում պղնձի լուծարմամբ։
Օրինակ 3. Նստեցված մետաղի զանգված
Պերտանյանյան
Էլեկտրոլիտիկ խցիկում CuSO₄ լուծույթով անցնում է 0.2 մոլ էլեկտրոն։ Քանի՞ գրամ պղինձ է նստեցվում կաթոդում։
Քննարկում
Հոսող էլեկտրոնների մոլերի քանակը (F) կարող է օգտագործվել մետաղի նստվածքի մոլերի քանակը որոշելու համար: Մետաղի նստվածքի Ֆարադեյի հավասարումը հետևյալն է.
\[ n = \frac{Q}{Fz} \]
Որտեղ՝
– Q = լիցքի քանակը (կուլոններով)
– F = Ֆարադեյի հաստատուն (96500 C/մոլ)
– z = էլեկտրոնների քանակը ռեակցիայի մեկ մոլում։
Այս դեպքում Cu²⁺-ը կլանում է երկու էլեկտրոն՝ դառնալով Cu, ուստի z = 2 է։
Նստեցված պղնձի մոլերի քանակը հետևյալն է.
\[ n = \frac{0.2 \text{ մոլ էլեկտրոններ}}{2} = 0.1 \text{ մոլ Cu} \]
Նստեցված պղնձի քաշը՝
\[ \text{Պինի զանգված} = n անգամ \text{Պարոն} \]
որտեղ Mr-ը Cu-ի մոլային զանգվածն է (63.5 գ/մոլ):
Այսպիսով՝
\[ \text{Պինի զանգված} = 0.1 \times 63.5 = 6.35 \text{գրամ} \]
Այսպիսով, կաթոդի վրա կտեղադրվի 6.35 գրամ պղինձ։
Օրինակ՝ հարց 4. KI լուծույթի էլեկտրոլիզ
Պերտանյանյան
KI լուծույթի էլեկտրոլիզը կատարվում է իներտ էլեկտրոդների միջոցով: Գրեք կաթոդում և անոդում տեղի ունեցող ռեակցիաները և յուրաքանչյուր էլեկտրոդում առաջացող արգասիքները:
Քննարկում
1. Ռեակցիա կաթոդում.
Կաթոդում ներգրավված են K⁺ և H⁺O իոնները: H⁺-ն ավելի հեշտությամբ է վերականգնվում, քան K⁺ իոնները:
««
2H2O(l) + 2e-→ H2(g) + 2OH-(aq)
««
Կաթոդում առաջացող արգասիք է ջրածին գազը (H₂):
2. Ռեակցիա անոդում.
Անոդում ներգրավված են I⁻ և H⁻O իոնները: I⁻ իոններն ավելի հեշտությամբ են օքսիդանում, քան H⁻O իոնները:
««
2I⁻(aq) → I₂(s) + 2e⁻
««
Անոդում առաջացող արգասիք է յոդը (I₂):
Այսպիսով, KI լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդում առաջացող արգասիք է ջրածնային գազը (H₂), իսկ անոդում՝ յոդը (I₂):
Penutup
Էլեկտրոլիտիկ բջիջների սկզբունքների և կիրառությունների ամուր ըմբռնումը կարևոր է քիմիայի ուսանողների և մասնագետների համար այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են մետալուրգիան, քիմիական արտադրությունը և էներգետիկ արդյունաբերությունը: Այս հոդվածը ներկայացնում է էլեկտրոլիզի մի քանի օրինակելի խնդիրներ և դրանց լուծումները՝ այս ըմբռնումը ամրապնդելու համար: Հուսով ենք, որ այս հիմնական հասկացությունների յուրացումը կօգնի լուծել իրական աշխարհում հանդիպող տարբեր գործնական և տեսական խնդիրներ:
