Elektrolisis larutan akueus

Elektrolisis larutan akueus lebih rumit daripada elektrolisis sebatian lebur kerana air sendiri membekalkan sedikit ion hidrogen, H⁺, dan ion hidroksida, OH⁻. Ini bermakna dua kation sampai ke katod dan dua anion sampai ke anod, dan hanya satu dinyahcas di setiap satu. Membuat pilihan yang betul ialah kemahiran yang diuji oleh topik Redoks Tingkatan 5 ini.

Tiga faktor penyahcasan terpilih

1. Kedudukan dalam siri elektrokimia. Ion yang terletak lebih rendah dalam siri lebih mudah dinyahcas. Bagi kation, ini bermakna ion logam yang kurang reaktif dinyahcas berbanding yang lebih reaktif; bagi anion, OH⁻ lebih mudah dinyahcas berbanding sulfat atau nitrat.
2. Kepekatan ion. Ion yang sangat pekat mungkin dinyahcas berbanding apa yang diramalkan oleh siri sahaja. Inilah sebabnya klorida pekat menghasilkan klorin di anod walaupun OH⁻ terletak lebih rendah dalam siri.
3. Jenis elektrod. Elektrod lengai (karbon, platinum) tidak mengambil bahagian, tetapi elektrod reaktif seperti kuprum boleh larut dengan sendiri dan mengubah hasil.

Contoh penyelesaian dengan setengah persamaan seimbang

Asid sulfurik cair (atau air) dengan elektrod karbon

• Katod: 2H⁺(aq) + 2e- → H₂(g)
• Anod: 4OH⁻(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e-

Hidrogen dan oksigen dibebaskan dalam nisbah isipadu 2 : 1; ini pada dasarnya ialah elektrolisis air.

Larutan kuprum(II) sulfat dengan elektrod karbon

• Katod: Cu²⁺(aq) + 2e- → Cu(s) (kuprum lebih rendah daripada hidrogen, jadi ia dinyahcas)
• Anod: 4OH⁻(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e-

Pepejal perang menyaluti katod dan warna biru larutan pudar apabila Cu²⁺ habis digunakan.

Larutan natrium klorida pekat (air garam) dengan elektrod karbon

• Katod: 2H⁺(aq) + 2e- → H₂(g) (natrium lebih reaktif daripada hidrogen, jadi H⁺ dinyahcas)
• Anod: 2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e- (klorida menang kerana ia sangat pekat)

Jika natrium klorida itu cair, anod sebaliknya menghasilkan oksigen: 4OH⁻(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e-. Pasangan eksperimen ini ialah demonstrasi klasik bagi faktor kepekatan.

Kuprum(II) sulfat dengan elektrod kuprum (reaktif)

• Anod: Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e- (anod kuprum larut)
• Katod: Cu²⁺(aq) + 2e- → Cu(s)

Di sini warna biru kekal tetap, anod kehilangan jisim dan katod bertambah jisim, asas penyaduran dan penulenan kuprum.

Keadaan yang diperlukan

Larutan mesti akueus, arus terus dibekalkan, dan elektrod ialah lengai (karbon atau platinum) melainkan soalan menguji elektrod reaktif.

Pemerhatian

Cari gelembung gas di elektrod, enapan logam, warna larutan yang pudar atau kekal, dan perubahan jisim elektrod. Uji sebarang gas: kayu uji bernyala berbunyi pop dengan hidrogen, kayu uji berbara menyala semula dengan oksigen, dan klorin melunturkan kertas litmus lembap.

Bagaimana ia muncul dalam peperiksaan SPM

Dalam Kertas 2 (4541/2), soalan berstruktur memberi larutan dan elektrod yang dinamakan dan meminta setengah persamaan, hasil dan pemerhatian di setiap elektrod, serta sebab berdasarkan tiga faktor. Perbandingan kepekatan antara natrium klorida cair dan pekat ialah kegemaran pemeriksa. Seimbangkan elektron dan cas setiap kali, dan sentiasa justifikasikan pilihan ion anda menggunakan faktor yang dinamakan dalam soalan.

Kesilapan lazim yang perlu dielakkan

Kesilapan pertama ialah lupa bahawa air membekalkan H⁺ dan OH⁻, lalu menyahcas ion yang salah; berlatih menyenaraikan keempat-empat ion dahulu sebelum memilih akan mengelakkan kesilapan itu. Kesilapan kedua ialah tersalah anggap bahawa ion yang lebih pekat sentiasa menang; kepekatan hanya mengatasi siri elektrokimia apabila perbezaan kedudukan kecil, seperti antara klorida dan hidroksida. Kesilapan ketiga ialah menulis natrium terenap di katod dalam larutan akueus; ini tidak berlaku kerana natrium terlalu reaktif, jadi H⁺ dinyahcas dan gas hidrogen dibebaskan. Kesilapan keempat ialah keliru tentang perubahan jisim elektrod dalam kes elektrod kuprum reaktif: ingat bahawa anod menyusut kerana ia larut, manakala katod bertambah tebal kerana kuprum terenap padanya. Menyemak keempat-empat perkara ini sebelum menjawab menjamin markah penuh dalam soalan elektrolisis larutan akueus.