Cara meramal hasil elektrolisis

“Apa yang dibebaskan di katod? Apa yang dihasilkan di anod?” Ini soalan asas SPM daripada bab keseimbangan redoks, dan setelah anda tahu penaakulannya ia menjadi hampir automatik. Rahsianya ialah larutan akueus mengandungi lebih banyak ion daripada garam yang anda larutkan, air sendiri membekalkan H⁺ dan OH⁻, jadi di setiap elektrod selalunya ada pilihan, dan anda mesti meramal ion mana yang menang. Panduan ini memberi anda proses membuat keputusan langkah demi langkah. Menulis setengah persamaan selepas itu ialah kemahiran berasingan, diliputi dalam panduan pasangan kami tentang setengah persamaan untuk elektrolisis.

Mula dengan menyenaraikan setiap ion yang hadir

Sebelum meramal apa-apa, senaraikan semua ion dalam elektrolit. Di sinilah kesilapan cuai bermula.

• Dalam sebatian lebur hanya ada dua jenis ion, daripada sebatian itu sendiri. Plumbum(II) bromida lebur mengandungi hanya Pb²⁺ dan Br⁻. Tiada air, jadi tiada H⁺ atau OH⁻, dan ramalan mudah: logam terbentuk di katod, bukan logam di anod.
• Dalam larutan akueus ada empat jenis ion: dua daripada garam yang dilarutkan, tambah H⁺ dan OH⁻ daripada pengionan sedikit air. Kini setiap elektrod ada dua ion calon, dan anda perlukan peraturan nyahcas.

Tiga faktor yang menentukan nyahcas

Apabila dua ion tertarik ke elektrod yang sama, yang mana dinyahcas bergantung pada tiga faktor, mengikut urutan kepentingan biasa ini:

1. Kedudukan dalam siri elektrokimia. Ion unsur yang kurang reaktif lebih mudah dinyahcas. Di katod, jika logam di bawah hidrogen dalam kereaktifan (seperti kuprum atau argentum), ion logam dinyahcas; jika logam lebih reaktif daripada hidrogen (seperti natrium, kalium, magnesium), maka H⁺ dinyahcas dan gas hidrogen dibebaskan. Di anod, kemudahan nyahcas anion umumnya OH⁻ sebelum ion sulfat dan nitrat (yang pada dasarnya tidak dinyahcas), manakala ion halida boleh dinyahcas mengatasi OH⁻ dalam keadaan yang sesuai.
2. Kepekatan ion. Kepekatan tinggi sesuatu ion boleh mengatasi siri. Larutan klorida pekat memberi klorin di anod kerana kelimpahan Cl⁻ yang menang, walaupun OH⁻ terletak lebih rendah dalam siri. Cairkan larutan yang sama dan oksigen daripada OH⁻ pula lebih digemari.
3. Jenis elektrod. Elektrod lengai (karbon atau platinum) tidak mengambil bahagian dalam tindak balas. Elektrod aktif, anod kuprum, contohnya, larut sendiri ke dalam larutan dan bukannya ion dinyahcas daripada larutan.

Contoh kerja satu: sebatian lebur

Elektrolisiskan plumbum(II) bromida lebur dengan elektrod karbon.

Ion hadir: Pb²⁺ dan Br⁻ sahaja. Tiada pilihan.

• Katod: Pb²⁺ diturunkan, jadi logam plumbum terbentuk (manik keperakan lebur).
• Anod: Br⁻ dioksidakan, jadi wap bromin perang dihasilkan.

Anda boleh mengikut eksperimen penuh elektrolisis plumbum bromida lebur untuk melihat pemerhatian.

Contoh kerja dua: larutan akueus cair

Elektrolisiskan larutan natrium klorida cair dengan elektrod karbon.

Ion hadir: Na⁺, Cl⁻ (daripada garam), dan H⁺, OH⁻ (daripada air).

• Katod (Na⁺ lawan H⁺): natrium jauh lebih reaktif daripada hidrogen, jadi H⁺ dinyahcas. Gas hidrogen dibebaskan.
• Anod (Cl⁻ lawan OH⁻): larutan cair, jadi OH⁻ dinyahcas mengatasi. Gas oksigen dihasilkan.

Inilah sebab larutan garam cair pada dasarnya mengelektrolisiskan air. Terokai corak ini lanjut dalam elektrolisis larutan akueus, dan lihat ia dibuat di makmal dalam elektrolisis larutan natrium klorida.

Contoh kerja tiga: kepekatan mengubah jawapan

Elektrolisiskan larutan natrium klorida pekat dengan elektrod karbon.

Empat ion yang sama, tetapi kini kepekatan klorida tinggi.

• Katod: masih H⁺, jadi hidrogen sekali lagi.
• Anod: kepekatan Cl⁻ yang tinggi mengatasi siri, jadi gas klorin dihasilkan menggantikan oksigen.

Perubahan tunggal itu, cair kepada pekat, menukar hasil anod daripada oksigen kepada klorin. Pemeriksa suka perbandingan ini, jadi pastikan anda boleh menerangkan mengapa: itu faktor 2, kepekatan, menewaskan faktor 1.

Contoh kerja empat: elektrod itu sendiri bertindak balas

Elektrolisiskan larutan kuprum(II) sulfat, mula dengan elektrod karbon, kemudian dengan elektrod kuprum.

Ion hadir: Cu²⁺, SO₄²⁻, H⁺, OH⁻.

• Dengan elektrod karbon: di katod Cu²⁺ di bawah hidrogen, jadi kuprum terenap; di anod OH⁻ dinyahcas (sulfat tidak), jadi oksigen terbentuk. Warna biru pudar apabila Cu²⁺ habis digunakan.
• Dengan elektrod kuprum: di katod kuprum masih terenap, tetapi di anod elektrod kuprum itu sendiri larut (Cu → Cu²⁺ + 2e⁻) dan bukannya menyahcas ion larutan. Cu²⁺ digantikan sepantas ia dibuang, jadi warna biru kekal malar. Inilah prinsip di sebalik penyaduran elektro dan penulenan kuprum.

Rutin membuat keputusan pantas

Bagi mana-mana elektrolisis, jalankan ini mengikut urutan: senaraikan setiap ion; kumpulkan mengikut elektrod; di setiap elektrod guna siri dahulu, kemudian semak sama ada kepekatan tinggi mengatasinya, kemudian semak sama ada elektrod itu aktif. Nyatakan apa yang terbentuk, dan tambah pemerhatian, gas, enapan logam, perubahan warna. Baris pemerhatian akhir itu selalunya membawa markahnya sendiri.

Meramal hasil menjadi boleh diharap setelah anda sentiasa bermula dengan senarai ion penuh. Jika anda mahu seorang guru membimbing anda melalui kes sempadan, cair lawan pekat, lengai lawan aktif, kelas dalam talian satu-ke-satu kami bersama guru Kimia SPM kami yang berpengalaman dibina untuk itu, dari RM50 sejam dengan pelajaran percubaan satu jam berbayar.