Elektrolisis sebatian lebur dan akueus

Halaman ini merangkumi satu standard kandungan Tingkatan 5 daripada Keseimbangan Redoks: elektrolisis sebatian lebur dan akueus. Elektrolisis ialah redoks yang dipaksa berlaku oleh arus elektrik, jadi segala yang anda pelajari tentang pengoksidaan, penurunan dan setengah persamaan terpakai terus, bezanya anda kini mengawal tindak balas yang berlaku dengan memilih elektrolit dan elektrod.

Apa itu elektrolisis

Elektrolisis ialah penguraian sebatian ion, apabila lebur atau dalam larutan akueus, dengan mengalirkan elektrik melaluinya. Cecair yang mengalir arus ialah elektrolit; rod yang membawa arus masuk dan keluar ialah elektrod. Elektrod yang disambung ke terminal negatif ialah katod; yang disambung ke terminal positif ialah anod.

Dua peraturan yang tidak pernah berubah:

• Kation (ion positif) bergerak ke katod, menerima elektron dan diturunkan. Penurunan sentiasa berlaku di katod.
• Anion (ion negatif) bergerak ke anod, kehilangan elektron dan dioksidakan. Pengoksidaan sentiasa berlaku di anod.

Bantuan ingatan: penurunan di katod dan pengoksidaan di anod. Kerana kedua-duanya berlaku, elektrolisis ialah proses redoks yang dipacu oleh bekalan kuasa.

Sebatian lebur

Sebatian ion lebur mengandungi hanya kation dan anionnya sendiri, tiada air. Jadi produk mudah diramal: logam (atau hidrogen) terbentuk di katod dan bukan logam terbentuk di anod. Bagi plumbum(II) bromida lebur, PbBr₂:

• Katod: Pb²⁺ + 2e- → Pb (plumbum lebur kelabu terbentuk)
• Anod: 2Br⁻ → Br₂ + 2e- (wap bromin perang terbentuk)

Ambil perhatian bahawa sebatian ion pepejal tidak mengalir arus kerana ionnya terikat tetap dalam kekisi; ia mesti dileburkan (atau dilarutkan) supaya ion menjadi bebas bergerak dan membawa cas ke elektrod. Inilah sebabnya elektrolisis hanya berlaku pada sebatian lebur atau akueus, bukan pepejal.

Larutan akueus dan penyahcasan terpilih

Larutan akueus juga mengandungi ion H⁺ dan OH⁻ daripada air, jadi ada pilihan ion mana yang dinyahcas di setiap elektrod. Tiga faktor menentukannya:

1. Kedudukan dalam siri elektrokimia. Ion yang lebih rendah (kurang reaktif) dinyahcas lebih mudah. Di katod, ion logam kurang reaktif (contohnya Cu²⁺, Ag⁺) dinyahcas keutamaan berbanding H⁺; tetapi bagi ion logam reaktif (contohnya Na⁺, K⁺, Ca²⁺), hidrogen dinyahcas sebaliknya. Di anod, OH⁻ dinyahcas (memberi oksigen) keutamaan berbanding sulfat atau nitrat.
2. Kepekatan ion. Ion yang jauh lebih pekat mungkin dinyahcas walaupun bertentangan dengan siri. Dalam natrium klorida pekat, klorin dinyahcas di anod dan bukan oksigen, kerana klorida begitu pekat; dalam natrium klorida cair, oksigen terbentuk.
3. Jenis elektrod. Dengan elektrod lengai (karbon, platinum) hanya ion elektrolit bertindak balas. Dengan elektrod reaktif, elektrod itu sendiri boleh mengambil bahagian, contohnya anod kuprum melarut (Cu → Cu²⁺ + 2e-) dan bukannya gas dibebaskan, yang menjadi asas penulenan kuprum dan penyaduran elektrik.

Kegunaan harian elektrolisis

Peraturan yang sama menerangkan kegunaan industri yang ditanya peperiksaan. Dalam penyaduran elektrik, objek yang hendak disadur ialah katod dan logam penyadur ialah anod, dalam larutan ion logam itu, jadi sudu boleh disadur perak untuk penampilan dan rintangan kakisan. Dalam penulenan kuprum, anod kuprum tak tulen melarut dan kuprum tulen memendap pada katod kuprum tulen. Elektrolisis juga digunakan untuk mengekstrak logam yang sangat reaktif seperti aluminium daripada bijihnya yang lebur, kerana logam itu terlalu reaktif untuk disesarkan oleh karbon. Mengetahui satu atau dua aplikasi sebenar, dan berupaya memberi tindak balas elektrod, ialah tepatnya yang dihargai soalan aplikasi Kertas 2.

Contoh penyelesaian

Soalan. Larutan kuprum(II) sulfat cair dielektrolisiskan menggunakan elektrod karbon (lengai). Nyatakan apa yang diperhatikan di setiap elektrod dan tulis setengah persamaan bagi setiap satu, kemudian nyatakan sama ada pengoksidaan atau penurunan berlaku di katod.

Langkah 1, senaraikan ion yang hadir. Daripada CuSO₄: Cu²⁺ dan SO₄²⁻. Daripada air: H⁺ dan OH⁻.

Langkah 2, tentukan produk katod. Di katod pilihannya Cu²⁺ lawan H⁺. Kuprum kurang reaktif (lebih rendah dalam siri) daripada hidrogen, jadi Cu²⁺ dinyahcas. Pemerhatian: lapisan kuprum perang/merah jambu menyaluti katod.

• Setengah persamaan katod: Cu²⁺ + 2e- → Cu (penerimaan elektron, jadi penurunan).

Langkah 3, tentukan produk anod. Di anod pilihannya OH⁻ lawan SO₄²⁻. Hidroksida lebih rendah dan dinyahcas lebih mudah, dan sulfat sangat stabil, jadi OH⁻ dinyahcas. Pemerhatian: gelembung gas tidak berwarna (oksigen) yang menyalakan semula kayu uji berbara.

• Setengah persamaan anod: 4OH⁻ → 2H₂O + O₂ + 4e- (kehilangan elektron, jadi pengoksidaan).

Langkah 4, jawab soalan langsung. Di katod, elektron diterima, jadi penurunan berlaku di situ (kuprum dimendapkan).

Jawapan. Katod: kuprum dimendapkan, Cu²⁺ + 2e- → Cu (penurunan). Anod: gas oksigen dibebaskan, 4OH⁻ → 2H₂O + O₂ + 4e- (pengoksidaan).

Soalan latihan

Plumbum(II) bromida lebur dielektrolisiskan dengan elektrod karbon. Namakan produk di setiap elektrod dan tulis dua setengah persamaan.

Jawapan. Tiada air, jadi hanya Pb²⁺ dan Br⁻ hadir. Katod: logam plumbum terbentuk, Pb²⁺ + 2e- → Pb (penurunan). Anod: bromin terbentuk, 2Br⁻ → Br₂ + 2e- (pengoksidaan).

Petua peperiksaan

Nyatakan ion yang hadir dahulu, termasuk H⁺ dan OH⁻ daripada air dalam setiap kes akueus, kemudian terapkan tiga faktor mengikut susunan. Ingat dua peraturan yang tidak pernah beralih: penurunan di katod, pengoksidaan di anod. Apabila anda menulis setengah persamaan, seimbangkan elektron dan padankan keadaan produk dengan apa yang diperhatikan (gas, mendapan logam, warna). Perangkap Kimia SPM kegemaran ialah (a) terlupa ion air, (b) perbezaan klorida pekat lawan cair, dan (c) anod kuprum reaktif yang melarut. Kuasai ketiga-tiga itu dan standard ini menjadi sumber markah yang boleh dipercayai.

Kedudukan dalam bab

Elektrolisis ialah redoks yang dipacu oleh elektrik; standard berikutnya, sel voltan dan sel elektrokimia, ialah kebalikannya, redoks kimia yang menghasilkan elektrik. Membandingkan kedua-duanya ialah tema peperiksaan yang sangat lazim.

• Naik ke hab bab: Keseimbangan Redoks.
• Ke sisi: contoh penyelesaian dan nota ulang kaji bab.

Dalam pengajaran Kimia SPM 1-ke-1 dalam talian kami, media Inggeris, dari RM50 sejam, kami mengerjakan elektrolisis satu elektrolit pada satu masa sehingga meramal produk dan menulis setengah persamaan seimbang menjadi lumrah, kerana standard ini menghargai kaedah yang teliti dan boleh diulang lebih daripada ingatan semata.