Idea 10 elettrochimica.

Presentazione sul tema: "Idea 10 elettrochimica."— 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

23 Forza controelettromotrice

24 sovratensione

25 Gli ioni H+, sotto forma di idrossonio (H3O+), 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

27 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 di una soluzione di K2SO4 in soluzione acquosa di concentrazione 1M
Al catodo K+ + e- → K E°= -2,93 2H+ + 2e- →H E°= 0 2H2O + 2e- → H2 + 2OH E°= -0.83 All’anodo O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O E°= O2 + 2H2O +4e- → 4OH E° = + 0,401 SO H++ 4e- → SO2+2H2O E° = All’anodo avviene l’ossidazione, ma lo S ha già nello ione SO42- il numero di ossidazione massimo che gli è possibile avere, pertanto non sarà coinvolto nei processi.

56 Elettrolisi di una soluzione di Ag2SO4 in soluzione acquosa di concentrazione 1M
Al catodo Ag+ + e- → Ag E°= +0,80 2H+ + 2e- →H E°= 0 2H2O + 2e- → H2 + 2OH E°= -0.83 All’anodo O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O E°= O2 + 2H2O +4e- → 4OH E° = + 0,401 SO H++ 4e- → SO2+2H2O E° = All’anodo avviene l’ossidazione, ma lo S ha già nello ione SO42- il numero di ossidazione massimo che gli è possibile avere, pertanto non sarà coinvolto nei processi.

57 Elettrolisi di una soluzione di AgNO3 in soluzione acquosa di concentrazione 1M
Al catodo Ag+ + e- → Ag E°= +0,80 2H+ + 2e- →H E°= 0 2H2O + 2e- → H2 + 2OH E°= -0.83 All’anodo O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O E°= O2 + 2H2O +4e- → 4OH E° = + 0,401 NO3- + 4H++ 3e- → NO+2H2O E° = All’anodo avviene l’ossidazione, ma lo N ha già nello ione NO3- il numero di ossidazione massimo che gli è possibile avere, pertanto non sarà coinvolto nei processi.

58 Una soluzione acquosa di Mg(NO3)2 viene elettrolizzata
Una soluzione acquosa di Mg(NO3)2 viene elettrolizzata. Quali sono i prodotti all’anodo e al catodo? Al catodo Mg2+ +2e- → Mg E° = - 2,372 2H2O + 2e- → H2 +2OH E° = - 0,8277 2H+ + 2e- →H E°= 0 All’anodo O2 + 4H+ +4e- → 2H2O E° = +1,229 O2 + 2H2O +4e- → 4OH E° = + 0,401 NO3-(aq) + 4H+ (aq) +3e → NO (g) + 2H2O E° = + 0,96 All’anodo avviene l’ossidazione, ma lo N ha già nello ione NO3- il numero di ossidazione massimo che gli è possibile avere, pertanto non sarà coinvolto nei processi.

59 Elettrolisi del KCl in sol acquosa
All’anodo 2Cl- →Cl2 + 2e- 2H2O → O2 + 4H+ +4e- Consultando la tabella dei potenziali: Cl2 + 2e- → 2Cl E°= 1,36 V O2 + 4H+ +4e- → 2H2O E° = +1,229 V La sovratensione è la differenza tra il potenziale elettrodico e l’effettiva tensione necessaria a provocare l’elettrolisi Risultato: liberazione di cloro gassoso

60 Elettrolisi del KCl in sol acquosa
Al catodo 2H+ + 2e- →H E° = 0 2H2O + 2e- → H2 +2OH E° = - 0,8277 K++e- →K E° = -2,71 Risultato: liberazione di idrogeno gassoso

61 Elettrolisi del KCl in sol acquosa
2Cl- → Cl2 + 2e E°= 1,36 V anodo 2H2O + 2e- → H2 +2OH E° = - 0,8277 catodo 2H2O + 2e-+ 2Cl- → H2 +2OH- +Cl2 + 2e- Risultato: liberazione di idrogeno gassoso e formazione di idrossido di potassio

62 Elettrolisi in sol acquosa di AgCl
All’anodo 2Cl- →Cl2 + 2e- 2H2O → O2 + 4H+ +4e- Consultando la tabella dei potenziali: Cl2 + 2e- → 2Cl E°= 1,36 V O2 + 4H+ +4e- → 2H2O E° = +1,229 V La sovratensione è la differenza tra il potenziale elettrodico e l’effettiva tensione necessaria a provocare l’elettrolisi Risultato: liberazione di cloro gassoso

63 Elettrolisi in sol acquosa di AgCl
Al catodo 2H+ + 2e- →H E° = 0 2H2O + 2e- → H2 +2OH E° = - 0,8277 Ag++e- →Ag E° = +0,80 Risultato: formazione di argento solido al catodo

64 Elettrolisi in sol acquosa di AgCl
2Cl- → Cl2 + 2e E° = 1,36 V anodo 2Ag++2e- →2Ag E° = +0,80 V catodo 2Ag+ + 2e-+ 2Cl- → 2Ag + Cl2 + 2e-

65 Elettrolisi del K2SO4 Ho una soluzione di 100 g con 10% in peso di K2SO4, faccio passare coulomb, come varia la percentuale in peso alla fine?

66 Al catodo (polo negativo, polo a cui avviene la riduzione) possono avvenire le seguenti reazioni...
2H2O + 2e- → H2 + 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.

67 All'anodo (polo positivo, polo a cui avvengono le ossidazioni) possono avvenire le seguenti reazioni... 2H2O → O2 + 4H+ + 4e E° = V SO4-² → S2O8-² + 2e E° = V All'anodo avviene l'ossidazione della specie con potenziale di riduzione più piccolo, rappresentato dall'ossidazione dell'ossigeno dell'acqua a ossigeno molecolare.

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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... 2H2O → O2 + 4H+ + 4e- 4H2O + 4e- → 2H2 + 4OH- 4H2O + 4e- +2H2O → O2 + 4H+ + 4e-+2H2 + 4OH-

69 dopo elettrolisi, in soluzione saranno presenti... 10 g K2SO4 85 g H2O
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). Dopo il passaggio di C, vi sarà stata l'elettrolisi di una massa di acqua pari a... m = A·t · PM / (n ·F) m = C · 18 g/mol / (4 mol ·96500 C) = 5 g Pertanto, se la composizione della soluzione di partenza era g K2SO g H2O dopo elettrolisi, in soluzione saranno presenti g K2SO g H2O La composizione della soluzione finale sarà... (10 / 95) · 100 = 10.5 % in peso di K2SO4

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