Elektrolitik hujayralar haqida misol savollar va muhokama
Elektrolitik element - bu elektr energiyasini o'z-o'zidan bo'lmagan kimyoviy reaksiyaga aylantirish uchun ishlatiladigan qurilma, voltaik element yoki galvanik elementdan farqli o'laroq, ular kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylantiradi. Elektrolitik elementda elektr toki qo'shimcha elektr energiyasisiz sodir bo'lmaydigan kimyoviy reaksiyani majburlash uchun ishlatiladi. Bu kontseptsiya sof metallarni ishlab chiqarish, vodorod va kislorod ishlab chiqarish uchun suvni elektroliz qilish va boshqa ko'plab sanoat qo'llanmalarida juda muhimdir.
Ushbu maqolada talabalarga elektrolitik hujayralar tushunchasini chuqurroq tushunishga yordam beradigan elektroliz muammolarining bir nechta misollari va ularning muhokamalari muhokama qilinadi.
1-misol savol: NaCl eritmasining elektrolizi
Savol
Natriy xlorid (NaCl) eritmasi inert elektrodlar yordamida elektrolizlanadi. Katod va anodda sodir bo'ladigan reaksiyalarni hamda har bir elektrodda hosil bo'lgan mahsulotlarni yozing.
Munozara
Elektrolitik elementda ikkita elektrod mavjud: katod (manfiy elektrod) va anod (musbat elektrod). NaCl eritmasining elektrolizi ikki bosqichda sodir bo'ladi: katoddagi reaksiya va anoddagi reaksiya.
1. Katoddagi reaksiya:
Katodda ishtirok etuvchi ionlar Na^+ ionlari va H_2O ionlaridir. Biroq, H_2O ionlari yuqori qaytarilish potensiali tufayli Na^+ ionlariga qaraganda osonroq qaytariladi.
Katodda sodir bo'ladigan reaksiya quyidagicha:
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (Qayta tiklanish potensiali = -0.83 V)
""
Katodda hosil bo'lgan mahsulot vodorod gazi (H₂) dir.
2. Anoddagi reaksiya:
Anodda ishtirok etuvchi ionlar Cl⁻ ionlari va H_2O ionlaridir. Cl⁻ ionlari past oksidlanish potensiali tufayli H_2O ionlariga qaraganda osonroq oksidlanadi.
Anodda sodir bo'ladigan reaksiya quyidagicha:
""
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (Oksidlanish potensiali = -1.36 V)
""
Anodda ishlab chiqarilgan mahsulot xlor gazi (Cl₂) dir.
Demak, NaCl eritmasining elektrolizida katodda hosil bo'lgan mahsulot vodorod gazi (H₂), anodda esa xlor gazi (Cl₂) bo'ladi.
2-savolga misol: CuSO₄ eritmasining mis elektrodlari bilan elektrolizi
Savol
Mis(II) sulfat (CuSO₄) eritmasining elektrolizi mis elektrodlari yordamida amalga oshirildi. Katod va anodda sodir bo'ladigan reaksiyalarni hamda har bir elektrodda hosil bo'lgan mahsulotlarni yozing.
Munozara
Bu holda, elektrod inert emas, balki mis elektroddir, shuning uchun elektrod reaksiyaga kirishadi.
1. Katoddagi reaksiya:
Katodda anoddagi Cu²⁺ ionlari kamayadi.
""
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(lar) (Kamaytirish potensiali = +0.34 V)
""
Katodda hosil bo'lgan mahsulot elektrodga cho'ktirilgan qattiq mis (Cu) dir.
2. Anoddagi reaksiya:
Anodda mis elektrodining o'zi oksidlanadi.
""
Cu(lar) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (Oksidlanish potentsiali = -0.34 V)
""
Anodda hosil bo'lgan mahsulot Cu²⁺ ionlaridir.
Elektrod mis bo'lgani uchun, eritmada elektrolizlangan Cu²⁺ ionlari anod elektrodida misning erishi bilan kompensatsiyalanadi.
3-misol: Cho'ktirilgan metall massasi
Savol
Elektrolitik elementda 0.2 mol elektron CuSO₄ eritmasidan oqib o'tadi. Katodda necha gramm mis cho'kkan?
Munozara
Oqayotgan elektronlarning mol soni (F) cho'ktirilgan metallning mol sonini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Metall cho'kishi uchun Faraday tenglamasi quyidagicha:
$\frac{Q}{Fz} $$ ni $\frac{Q}{Fz} $ deb o'zgartiring.
Qayerda:
– Q = zaryad miqdori (Kulonlarda)
– F = Faraday doimiysi (96500 C/mol)
– z = reaksiyaning har bir moliga to'g'ri keladigan elektronlar soni.
Bu holda, Cu²⁺ ikkita elektronni yutib, Cu ga aylanadi, shuning uchun z = 2 bo'ladi.
Cho'ktirilgan mis mollari soni:
\[ n = \frac{0.2 \text{ elektronlar mollari}}{2} = 0.1 \text{ Cu mollari} \]
Qoplangan misning og'irligi:
\[ \text{Cu massasi} = n \times \text{Mr} \]
bu yerda Mr Cu ning molyar massasi (63.5 g/mol)
Shunday qilib:
\[ \text{Cu massasi} = 0.1 \marta 63.5 = 6.35 \text{gram} \]
Shunday qilib, katodga 6.35 gramm mis cho'ktiriladi.
4-misol savol: KI eritmasining elektrolizi
Savol
KI eritmasining elektrolizi inert elektrodlar yordamida amalga oshiriladi. Katod va anodda sodir bo'ladigan reaksiyalarni hamda har bir elektrodda hosil bo'lgan mahsulotlarni yozing.
Munozara
1. Katoddagi reaksiya:
Katodda ishtirok etuvchi ionlar K⁺ va H_2O ionlaridir. H_2O K⁺ ionlariga qaraganda osonroq qaytariladi.
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
""
Katodda hosil bo'lgan mahsulot vodorod gazi (H₂) dir.
2. Anoddagi reaksiya:
Anodda ishtirok etuvchi ionlar I⁻ va H_2O ionlaridir. I⁻ ionlari H_2O ionlariga qaraganda osonroq oksidlanadi.
""
2I⁻(aq) → I₂(lar) + 2e⁻
""
Anodda hosil bo'lgan mahsulot yod (I₂) dir.
Demak, KI eritmasining elektrolizida katodda hosil bo'lgan mahsulot vodorod gazi (H₂), anodda esa yod (I₂) bo'ladi.
Yopish
Elektrolitik elementlarning tamoyillari va qo'llanilishini chuqur tushunish kimyo talabalari va metallurgiya, kimyo ishlab chiqarish va energetika sanoati kabi sohalardagi mutaxassislar uchun juda muhimdir. Ushbu maqolada ushbu tushunchani mustahkamlashga yordam beradigan bir nechta elektroliz misollari va ularning yechimlari keltirilgan. Ushbu asosiy tushunchalarni o'zlashtirish real hayotda duch keladigan turli amaliy va nazariy muammolarni hal qilishga yordam beradi deb umid qilinadi.
