Elektrolys

Videogenomgång (flippat klassrum)

English-speaking or IB student? Check out the English version instead!

Plocka fram

• U-rör
• CuCl₂(aq)
• Spänningsaggregat
• Kolelektroder

• Sladdar
• Stativ, muff, klämmare
• Na(s)
• Kristallisationsskål

• Filterpapper
• Morakniv
• Degeltång
• Fenolftalein

Elektrolys

Koppar oxideras av klorgas, vilket vi ju konstaterat innan.

Det sker enligt följande reaktion:

• Cu(s) + Cl₂(g) → Cu²⁺(aq) + 2Cl^–(aq)

Reaktionen är spontan, energi avges.

Elektrolys av kopparklorid

Genom att lägga på en elektrisk ström på en lösning av CuCl₂(aq) kan man köra processen "baklänges".

Det sker i så fall enligt följande reaktion:

• Cu²⁺(aq) + 2Cl^–(aq) + elektrisk energi → Cu(s) + Cl₂(g)

Elektrolys betyder ungefär "sönderdelning (lysis) med hjälp av elektricitet".

• Det som "sönderdelas" här är alltså kopparkloriden, eftersom det bildas fast koppar och klorgas.

Vid katoden sker det en reduktion av koppar(II)joner:

• Cu²⁺(aq) + 2e^– → Cu(s)

Vid anoden sker det en oxidation av kloridjoner:

• 2Cl^–(aq) → Cl₂(g) + 2e^–

Med hjälp av batteriet/strömkällan "trycks" elektronerna i en riktning de egentligen inte vill, och därför bildas den fasta kopparn och klorgasen.

Elektrolys av kopparklorid.

Framställning av NaOH

Natriumhydroxid = viktig industriell kemikalie!

Fråga eleverna, vad används den till (bland annat)?

1. Generell basgörare.
2. Pappersmassa- och tvåltillverkning.

Framställning av natriumhydroxid.

Reaktionen i bilden ovan är inte spontan.

• för att den ska krävs att vi lägger på en spänning, och "tvingar" elektronerna att röra sig.

Elektronerna rör sig från minuspolen till pluspolen.

• Detta gäller också för galvaniska element!
• Den elektrod där elektronerna finns i överskott kallas katod.
• Den elektrod där elektronerna finns i underskott kallas anod.

Eftersom elektronerna finns i underskott vid anoden rör sig de negativt laddade Cl^– -jonerna mot anoden.

• Mnemotekniskt knep: negativa joner rör sig mot anoden. "n-joner till an-oden".

Reaktioner vid anod och katod

Vid anoden sker en en oxidation:

• 2Cl^– (aq) → Cl₂ (g) + 2e^–

Elektronerna rör sig genom ledningen till katoden.

Två reaktioner möjliga:

1. Na⁺ (aq) + e^– → Na(s) e⁰ = –2,71V
2. 2H₂O + 2e^– → H₂(g) + 2OH^–(aq) e⁰ = –0,83V

Vilken av dessa sker?

1. Vi kan resonera kemiskt: Vad händer med Na(s) i vatten?
   • Visa detta, om det behövs!

     2Na(s) + 2H₂ O → 2Na⁺(aq) + 2OH^–(aq) + H₂

   • Är det alltså troligt att det bildas en massa Na(s) vid reaktionen? Nej!
2. Vi kan också ta hjälp av normalpotentialerna:
   • Minns från förra lektionen: Ju högre normalpotential, desto starkare oxidationsmedel - och desto "hellre" vill ämnet ifråga "knycka" elektroner från ett annat ämne! 😊
   • Alltså vill vattnet i lösningen hellre reduceras än natriumjonerna ⇒ Vätgas och hydroxidjoner bildas.

Tillbaka till bilden: Vid katoden bildas hydroxidjoner – ett överskott på negativa laddningar.

Natriumjoner vandrar över membranet, mot katoden.

Reaktioner som sker:

Anodreaktion: 2Cl^–(aq) → Cl₂ (g) + 2e^–

Katodreaktion: 2H₂O + 2e^– → H₂(g) + 2OH^–(aq)

Totalreaktion: 2H₂O + 2Cl^–(aq) → H₂(g) + 2OH^–(aq) + Cl₂(g)