Elektrolisis larutan natrium klorida

Elektrolisis larutan natrium klorida ialah eksperimen di mana kepekatan mengambil peranan utama. Dalam bab Keseimbangan Redoks Tingkatan 5, ia menunjukkan bahawa hasil di anod tidak tetap: air garam cair memberi oksigen, tetapi air garam pekat memberi klorin, kerana kepekatan ion klorida mengubah ion mana dinyahcas. Jalankan kedua-dua kepekatan, bandingkan gas anod, kemudian gunakan bahagian Kertas 3 untuk menyatakan faktor yang menentukan nyahcas terpilih.

Tujuan

Untuk menyiasat elektrolisis larutan natrium klorida menggunakan elektrod karbon, mengenal pasti gas di katod dan anod, dan mengkaji bagaimana kepekatan larutan mempengaruhi hasil di anod.

Radas dan bahan

• Sel elektrolisis atau tiub-U dengan dua elektrod karbon (grafit)
• Tabung uji untuk mengumpul gas
• Bateri atau bekalan kuasa a.t., ammeter, suis dan wayar penyambung
• Larutan natrium klorida cair dan larutan natrium klorida pekat
• Kayu uji dan kertas litmus biru lembap
• Gogal keselamatan; akses kepada kebuk wasap

Prosedur

1. Tuang larutan natrium klorida cair ke dalam sel.
2. Pasang dua elektrod karbon dan sambungkannya melalui suis, ammeter dan bateri.
3. Terbalikkan sebuah tabung uji berisi larutan ke atas setiap elektrod untuk mengumpul gas yang terhasil.
4. Tutup suis dan biarkan arus mengalir sehingga cukup gas terkumpul.
5. Uji gas dari katod dengan kayu uji bernyala, dan gas dari anod dengan kayu uji berbara serta kertas litmus biru lembap.
6. Tutup suis, kemudian ulang langkah 1 hingga 5 menggunakan larutan natrium klorida pekat.
7. Rekod gas di setiap elektrod bagi kedua-dua kepekatan dalam jadual.

Pemerhatian yang dijangka

• Larutan natrium klorida cair, katod: gas terkumpul yang berbunyi ‘pop’ dengan kayu uji bernyala, menunjukkan hidrogen. Anod: gas terkumpul yang menyalakan semula kayu uji berbara, menunjukkan oksigen.
• Larutan natrium klorida pekat, katod: gas yang berbunyi ‘pop’ dengan kayu uji bernyala, menunjukkan hidrogen. Anod: gas kuning kehijauan berbau tajam yang melunturkan kertas litmus biru lembap, menunjukkan klorin.
• Larutan di sekeliling katod beransur-ansur menjadi beralkali.

Laporkan ujian gas dan warna yang anda perhatikan; jangan mereka isipadu gas yang terkumpul.

Inferens dan kesimpulan

Di katod, hidrogen dinyahcas secara pilihan berbanding natrium dalam kedua-dua kes, kerana natrium lebih elektropositif dan lebih tinggi dalam siri elektrokimia, jadi ionnya lebih sukar dinyahcas; ion hidrogen daripada air menerima elektron dan terturun. Di anod, hasil bergantung pada kepekatan ion klorida. Dalam larutan cair, ion hidroksida dinyahcas dan oksigen dibebaskan. Dalam larutan pekat, kepekatan ion klorida yang tinggi menyebabkan klorida dinyahcas sebaliknya, jadi klorin dibebaskan. Ini menunjukkan nyahcas terpilih di elektrod bergantung bukan sahaja pada kedudukan dalam siri elektrokimia tetapi juga pada kepekatan ion. Penurunan di katod dan pengoksidaan di anod menjadikan keseluruhan proses ini tindak balas redoks. Larutan beralkali yang tertinggal berhampiran katod ialah natrium hidroksida, terbentuk apabila ion hidrogen dikeluarkan.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

• Hipotesis. “Semakin pekat larutan natrium klorida, semakin besar kemungkinan klorin, bukan oksigen, dibebaskan di anod.” Nyatakan hubungan yang boleh diuji antara kepekatan dan hasil.
• Pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah kepekatan larutan natrium klorida; pemboleh ubah bergerak balas ialah identiti gas yang dibebaskan di anod; pemboleh ubah dimalarkan ialah elektrod yang digunakan, voltan, isipadu larutan dan masa.
• Menjadualkan data. Gunakan lajur untuk kepekatan, gas katod dan ujiannya, serta gas anod dan ujiannya.
• Membuat inferens. Daripada klorin di anod hanya dengan larutan pekat, infer bahawa kepekatan ion klorida yang tinggi menggalakkan nyahcasnya.
• Definisi secara operasi. “Nyahcas terpilih ialah pembebasan satu ion secara pilihan berbanding yang lain di elektrod, ditunjukkan di sini oleh klorida yang dinyahcas menggantikan hidroksida apabila larutan dijadikan pekat.”

Langkah keselamatan

• Jalankan eksperimen dalam kebuk wasap, kerana klorin yang dibebaskan daripada larutan pekat toksik dan merengsa paru-paru.
• Jauhkan gas katod daripada nyalaan semasa mengumpul, kerana hidrogen mudah terbakar dan boleh meletup.
• Pakai gogal keselamatan, kerana larutan elektrolit boleh terpercik ke mata.
• Gunakan hanya bekalan a.t. voltan rendah dengan tangan kering, supaya tiada risiko renjatan elektrik.

Kesilapan lazim

• Menguji gas anod dengan kayu uji bernyala sahaja dan terlepas ujian litmus, jadi klorin tidak dibezakan daripada oksigen.
• Membiarkan klorin yang terkumpul terlepas ke dalam bilik dan bukan bekerja dalam kebuk wasap.
• Menganggap klorin sentiasa dibebaskan di anod, mengabaikan bahawa larutan cair memberi oksigen.
• Mengelirukan gas mana berbunyi ‘pop’ dan mana menyalakan semula kayu uji, jadi hidrogen dan oksigen bertukar.
• Menggunakan elektrod yang terlalu rapat, yang memintaskan sel.
• Tidak menyediakan larutan pekat dengan betul, jadi kepekatan ion klorida tidak cukup tinggi dan klorin yang dijangka tidak dibebaskan di anod.
• Menguji gas anod terlalu lewat sehingga sebahagian besar klorin telah terlepas, lalu warna kuning kehijauan dan lunturan litmus tidak lagi jelas kelihatan.

Bagaimana kami membantu

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu dalam talian kami, yang diajar dalam bahasa Inggeris, guru kami mengasah tiga faktor nyahcas terpilih, kedudukan dalam siri elektrokimia, kepekatan dan bahan elektrod, dengan menggunakan eksperimen ini sebagai contoh paling jelas kesan kepekatan. Yuran bermula dari RM50 sejam, dan pelajaran percubaan satu jam berbayar membolehkan anda melihat cara soalan anod ditaakul sebelum membuat komitmen. Kerana elektrolisis air garam juga mendasari proses klor-alkali industri di tempat lain dalam Kimia SPM, memahaminya di sini menghubungkan kerja amali anda dengan aplikasi sebenar serta soalan Kertas 2 dan Kertas 3.