Электролиттик клеткалардын мисал суроолору жана талкуусу
Электролиттик клетка – бул электр энергиясын өзүнөн-өзү пайда болбогон химиялык реакцияга айландыруу үчүн колдонулган түзүлүш, ал эми вольттук клетка же гальваникалык клетка химиялык энергияны электр энергиясына айландырат. Электролиттик клеткада электр тогу кошумча электр энергиясысыз болбосо болбой турган химиялык реакцияны мажбурлоо үчүн колдонулат. Бул түшүнүк таза металлдарды өндүрүү, суутек жана кычкылтек алуу үчүн суунун электролизи жана башка көптөгөн тармактарда абдан маанилүү.
Бул макалада студенттерге электролиттик клеткалар түшүнүгүн тереңирээк түшүнүүгө жардам бере турган электролиз көйгөйлөрүнүн бир нече мисалдары жана алардын талкуулары талкууланат.
1-мисал суроо: NaCl эритмесинин электролизи
Суроо
Натрий хлоридинин (NaCl) эритмеси инерттүү электроддорду колдонуу менен электролизденет. Катоддо жана аноддо жүрүүчү реакцияларды жана ар бир электроддо пайда болгон продуктыларды жазыңыз.
Талкуу
Электролиттик клеткада эки электрод болот: катод (терс электрод) жана анод (оң электрод). NaCl эритмесинин электролизи эки этапта жүрөт: катоддогу реакция жана аноддогу реакция.
1. Катоддогу реакция:
Катоддо катышкан иондор Na^+ иондору жана H_2O иондору болуп саналат. Бирок, H_2O иондору жогорку калыбына келүү потенциалына ээ болгондуктан, аларды Na^+ иондоруна караганда калыбына келтирүү оңой.
Катоддо жүрүүчү реакция төмөнкүдөй:
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (Кайра калыбына келүү потенциалы = -0.83 В)
""
Катоддо өндүрүлгөн продукт суутек газы (H₂).
2. Аноддогу реакция:
Аноддо катышкан иондор Cl⁻ иондору жана H_2O иондору болуп саналат. Cl⁻ иондору кычкылдануу потенциалы төмөн болгондуктан, H_2O иондоруна караганда оңой кычкылданат.
Аноддо жүрүүчү реакция төмөнкүдөй:
""
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (Кычкылдануу потенциалы = -1.36 В)
""
Аноддо өндүрүлгөн продукт - хлор газы (Cl₂).
Ошентип, NaCl эритмесинин электролизинде катоддо суутек газы (H₂), ал эми аноддо хлор газы (Cl₂) пайда болот.
2-мисал суроо: CuSO₄ эритмесинин жез электроддору менен электролизи
Суроо
Жез (II) сульфатынын (CuSO₄) эритмесинин электролизи жез электроддорун колдонуу менен жүргүзүлдү. Катоддо жана аноддо жүрүүчү реакцияларды жана ар бир электроддо пайда болгон продуктыларды жазыңыз.
Талкуу
Бул учурда электрод инерттүү эмес, жез электрод, ошондуктан электрод реакцияга кирет.
1. Катоддогу реакция:
Катоддо аноддогу Cu²⁺ иондору калыбына келет.
""
Cu²⁺(ак) + 2e⁻ → Cu(лар) (Кыскартуу потенциалы = +0.34 В)
""
Катоддо өндүрүлгөн продукт - бул электродго чөктүрүлгөн катуу жез (Cu).
2. Аноддогу реакция:
Аноддо жез электродунун өзү кычкылданат.
""
Cu(лар) → Cu²⁺(ак) + 2e⁻ (кычкылдануу потенциалы = -0.34 В)
""
Аноддо өндүрүлгөн продукт Cu²⁺ иондору болуп саналат.
Электрод жезден жасалгандыктан, эритмеде электролизденген Cu²⁺ иондору аноддук электроддо жездин эриши менен компенсацияланат.
3-мисал: Чөктүрүлгөн металлдын массасы
Суроо
Электролиттик элементте CuSO₄ эритмеси аркылуу 0.2 моль электрондор агат. Катоддо канча грамм жез чөктүрүлөт?
Талкуу
Агып жаткан электрондордун моль санын (F) металлдын чөкмөсүнүн санын аныктоо үчүн колдонсо болот. Металлдын чөкмөсүнүн Фарадей теңдемеси:
\[ n = \frac{Q}{Fz} \]
ди мана:
– Q = заряддын суммасы (Кулон менен)
– F = Фарадейдин туруктуусу (96500 C/моль)
– z = реакциянын бир молуна туура келген электрондордун саны.
Бул учурда, Cu²⁺ эки электронду сиңирип, Cuга айланат, ошондуктан z = 2.
Чөкмө жездин молдорунун саны:
\[ n = \frac{0.2 \text{ электрондордун моль саны}}{2} = 0.1 \text{ Cu моль саны} \]
Топтолгон жездин салмагы:
\[ \text{Cu массасы} = n \times \text{Mr} \]
мында Mr - Cu молярдык массасы (63.5 г/моль)
Ошентип:
\[ \text{Cu массасы} = 0.1 \times 63.5 = 6.35 \text{ грамм} \]
Ошентип, катодго 6.35 грамм жез чөкмөлөнөт.
4-мисал суроо: KI эритмесинин электролизи
Суроо
КИ эритмесинин электролизи инерттүү электроддорду колдонуу менен жүргүзүлөт. Катоддо жана аноддо жүрүүчү реакцияларды жана ар бир электроддо пайда болгон продуктыларды жазгыла.
Талкуу
1. Катоддогу реакция:
Катоддо катышкан иондор K⁺ жана H_2O иондору болуп саналат. H_2O K⁺ иондоруна караганда оңой калыбына келет.
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(г) + 2OH⁻(ак)
""
Катоддо өндүрүлгөн продукт суутек газы (H₂).
2. Аноддогу реакция:
Аноддо катышкан иондор I⁻ жана H_2O иондору болуп саналат. I⁻ иондору H_2O иондоруна караганда оңой кычкылданат.
""
2I⁻(aq) → I₂(s) + 2e⁻
""
Аноддо өндүрүлгөн продукт йод (I₂) болуп саналат.
Ошентип, KI эритмесинин электролизинде катоддо суутек газы (H₂), ал эми аноддо йод (I₂) пайда болот.
Penutup
Электролиттик клеткалардын принциптерин жана колдонулушун терең түшүнүү химия студенттери жана металлургия, химиялык өндүрүш жана энергетика тармагы сыяктуу тармактардагы адистер үчүн абдан маанилүү. Бул макалада бул түшүнүктү бекемдөөгө жардам берүү үчүн бир нече электролиз мисал маселелери жана алардын чечимдери келтирилген. Бул негизги түшүнүктөрдү өздөштүрүү реалдуу дүйнөдө кездешкен ар кандай практикалык жана теориялык маселелерди чечүүгө жардам берет деп үмүттөнөбүз.
