Idea 10 elettrochimica. Pile a concentrazione.

Presentazione sul tema: "Idea 10 elettrochimica. Pile a concentrazione."— Transcript della presentazione:

1 Idea 10 elettrochimica

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13 Pile a concentrazione

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19 Per l’altra semireazione

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21 elettrolisi

22 Forza controelettromotrice

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24 sovratensione

25 Gli ioni H +, sotto forma di idrossonio (H 3 O + ), sia provenienti dalla dissociazione dell'acqua che da quella di un acido, si riducono più facilmente degli ioni dei metalli che precedono l'idrogeno nella scala dei potenziali di riduzione; raggiungendo il catodo captano elettroni (riduzione), passano allo stato atomico e quindi a idrogeno molecolare. Gli ioni dei metalli che seguono l'idrogeno nella scala dei potenziali di riduzione si riducono più facilmente di esso, raggiungendo il catodo captano elettroni (riduzione), diventano atomi neutri e si depositano sul catodo in forma di metallo. Gli ioni cloruro, Cl -, se la soluzione è concentrata, si ossidano più facilmente degli ioni ossidrilici, raggiungono l'anodo, cedono elettroni (ossidazione) e si ha quindi sviluppo di cloro gassoso. Gli anioni degli ossiacidi e gli ioni fluoruro si ossidano meno facilmente degli ioni ossidrilici che, reagendo a due a due, danno acqua e sviluppano ossigeno gassoso.

26 Elettrolisi del NaCl fuso

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31 M è la massa totale depositata sul catodo; m è la massa molare della sostanza depositata; q è la carica elettrica totale associata ai portatori di carica che attraversano la soluzione; Z è la valenza degli ioni della sostanza (cariche trasferite per ione); F è la costante di Faraday (pari a 96,485 kC/mol).

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45 Competizione tra ioni

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55 Elettrolisi in sol acquosa di AgCl Al catodo 2H + + 2e - →H 2 E° = 0 2H 2 O + 2e - → H 2 +2OH - E° = - 0,8277 Ag + +e - →Ag E° = +0,80 Risultato: formazione di argento solido al catodo

56 Elettrolisi in sol acquosa di AgCl 2Cl - → Cl 2 + 2e - E° = 1,36 V anodo 2Ag + +2e - →2Ag E° = +0,80 V catodo -------------------------------------------------------- 2Ag + + 2e - + 2Cl - → 2Ag + Cl 2 + 2e -

57 Elettrolisi del K 2 SO 4 Ho una soluzione di 100 g con 10% in peso di K 2 SO 4, faccio passare 107.200 coulomb, come varia la percentuale in peso alla fine?

58 Al catodo (polo negativo, polo a cui avviene la riduzione) possono avvenire le seguenti reazioni... 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH - E° = -0,83 V K + + e - → K E° = -2,93 V Al catodo avviene la riduzione della specie con potenziale di riduzione più elevato, rappresentato in questo caso dalla riduzione dell'idrogeno dell'acqua ad idrogeno molecolare.

59 All'anodo (polo positivo, polo a cui avvengono le ossidazioni) possono avvenire le seguenti reazioni... 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e - E° = +1.23 V SO 4 - ² → S 2 O 8 - ² + 2e - E° = +2.01 V All'anodo avviene l'ossidazione della specie con potenziale di riduzione più piccolo, rappresentato dall'ossidazione dell'ossigeno dell'acqua a ossigeno molecolare.

60 In pratica, l'esperimento in questione è semplicemente l'elettrolisi dell'acqua. Il ricorso a solfato di potassio serve solo per aumentare la conducibilità della soluzione: siccome l'acqua pura è molto poco dissociata, è necessario ricorrere ad un elettrolita per aumentare la conducibilità della soluzione. La reazione che si realizza sarà quindi data dalla due semireazioni... 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e - 4H 2 O + 4e - → 2H 2 + 4OH - ---------------------------------------------------------- 4H 2 O + 4e - +2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e - +2H 2 + 4OH -

61 Dopo il passaggio di 107.200 C, vi sarà stata l'elettrolisi di una massa di acqua pari a... m = A·t · PM / (n ·F) m = 107200 C · 18 g/mol / (4 mol ·96500 C) = 5 g Pertanto, se la composizione della soluzione di partenza era... 10 g K 2 SO 4 90 g H 2 O dopo elettrolisi, in soluzione saranno presenti... 10 g K 2 SO 4 85 g H 2 O La composizione della soluzione finale sarà... (10 / 95) · 100 = 10.5 % in peso di K 2 SO 4 M è la massa totale depositata sul catodo; m è la massa molare della sostanza depositata; q è la carica elettrica totale associata ai portatori di carica che attraversano la soluzione; Z è la valenza degli ioni della sostanza (cariche trasferite per ione); F è la costante di Faraday (pari a 96,485 kC/mol).

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