Elektrolyse - Rapport i Kemi

Side 1

[navn fjernet] & [navn fjernet] KEMI B/FRV

KEMIRAPPORT - ELEKTROLYSE DATO: 18-4-2001

SIDE 1 AF 8

L L A A V V E E T T A A F F::

R R A A S S M M U U S S E E,, 2 2.. B B

Side 2

[navn fjernet] & [navn fjernet] KEMI B/FRV

KEMIRAPPORT - ELEKTROLYSE DATO: 18-4-2001

SIDE 2 AF 8

F F O O R R M M Å Å L L

Formålet med denne øvelse er:

At lave elektrolyse af nogle forskellige salte.

At redegøre for de processer der foregår henholdsvis ved katoden og anoden.

T T E E O O R R I I

Elektrolyse er når man sender elektricitet gennem en opløsning af ioner. For at gøre det skal man have en spændingskilde og to elektroder der skal være lavet af et elektrisk le-dende materiale (f.eks. kul eller kobber). Når man sender elektricitet gennem en ionopløs-ning vil de positive ioner søge over til den negative elektrode - katoden, hvor de vil optage en elektron (reduktion). Negative ioner søge over til den positive elektrode – anoden, hvor de vil afgive en elektron (oxidation). Derfor vil det, så længe der er ioner til stede i opløs-ningen, virke som om der sker en elektronoverførsel. Da de positive ioner bevæger sig mod katoden kaldes de også kationer, mens de negative kaldes anioner, da de bevæger sig mod anoden. De positive ioner kaldes også for metalioner, da disse næsten altid er metaller. Hvis ikke de er metaller, kan de f.eks. være hydrogenioner eller ammoniumioner

(NH^{+}).

4

Ved katoden foregår der som sagt reduktionsprocesser. Der skelnes mellem tre typer af reduktionsprocesser:

1. Afladning af metalioner:

M^{n+} + n e^{-} → M

2. Afladning af hydrogenioner:

2 H^{+} + 2 e^{-} → H

2

3. Sønderdeling af vand:

2 H O + 2 e^{-} → H + 2OH^{-}

2 2

Side 3

[navn fjernet] & [navn fjernet] KEMI B/FRV

KEMIRAPPORT - ELEKTROLYSE DATO: 18-4-2001

SIDE 3 AF 8

Ved anoden foregår der oxidationsprocesser. Her skelnes også mellem tre forskellige pro-cesser:

1. Afladning af anioner:

X^{n-} → X + n e^{-}

2. Sønderdeling af vand:

2 H O → O + 4 H^{+} + 4 e^{-}

2 2

3. Opløsning af anoden:

M → M^{n+} + n e^{-}

Her nogle eksempler på elektrolyse:

1) FeCl -opløsning med kulelektroder:

2

Katodeproces: Fe + 2 e^{-} → Fe og vandsønderdeling

2+

2 H O + 2 e^{-} → H + 2OH^{-} (pH stiger)

2 2

Anodeproces: 2 Cl → Cl + 2 e^{-} og vandsønderdeling

-

2

2 H O → O + 4 H^{+} + 4 e^{-} (pH falder)

2 2

2) H SO -opløsning med kulelektroder:

2 4

Katodeproces: 4 H + 4 e^{-} → 2 H

+

2

Det er en syreopløsning. Derfor er katodeprocessen en afladning

af H^{+} -ioner.
Anodeproces: 2 H O → O + 4 H^{+} + 4 e^{-} (pH falder)

2 2

Anodeprocessen er en vandsønderdeling, da de sammensatte io-

ner (SO^{2-}, CO^{2-}, NO^{-}, PO^{3-}) ikke kan aflades ved elektrolyse.

4 3 3 4

Side 4

[navn fjernet] & [navn fjernet] KEMI B/FRV

KEMIRAPPORT - ELEKTROLYSE DATO: 18-4-2001

SIDE 4 AF 8

3) KBR-opløsning med kulelektroder:

Katodeproces: 2 H O + 2 e^{-} → H + 2OH^{-} (pH stiger)

2 2

Det er vandsønderdeling fordi alle metalioner der står højere end

Na i spændingsrækken (incl. Na) er så svære at aflade ved elek-trolyse at vandet lettere sønderdeles.

Anodeproces: 2 Br → Br + 2 e^{-}

-

2

4) NaNO -opløsning med kulelektroder:

3

Katodeproces: 2 H O + 2 e^{-} → H + 2OH^{-} (pH stiger)

2 2

Det er vandsønderdeling fordi alle metalioner der står højere end

Na i spændingsrækken (incl. Na) er så svære at aflade ved elek-trolyse at vandet lettere sønderdeles.

Anodeproces: 2 H O → O + 4 H^{+} + 4 e^{-} (pH falder)

2 2

Anodeprocessen er en vandsønderdeling, da de sammensatte io-

ner (SO^{2-}, CO^{2-}, NO^{-}, PO^{3-}) ikke kan aflades ved elektrolyse.

4 3 3 4

Man skal huske at gange katode og anodeprocesserne op således at det overførte antal stemmer med hinanden.

Elektrolyse anvendes hovedsageligt til at fremstille grundstoffer, ud fra forbindelser der er svære at behandle med almindelige kemiske metoder. Især metaller fra 1. og 2. hoved-gruppe samt aluminium bliver fremstillet ved elektrolyse.

M M A A T T E E R R I I A A L L E E R R

Se øvelsesvejledning.

Side 5

[navn fjernet] & [navn fjernet] KEMI B/FRV

KEMIRAPPORT - ELEKTROLYSE DATO: 18-4-2001

SIDE 5 AF 8

F F O O R R S S Ø Ø G G S S B B E E S S K K R R I I V V E E L L S S E E

Se øvelsesvejledning.

R R E E S S U U L L T T A A T T E E R R / / D D I I S S K K U U S S S S I I O O N N

Nr. Formel pH Anode Katode før pH, udfældning af fast pH, udfældning af fast stof, gasudvikling. stof, gasudvikling.

1 Coboltchlorid CoCl 6 deling (H^{+}). Lidt fast stof, ling (OH^{-}, forventet høje-

2 pH 2-3 pga. vandsønder- pH 8 pga. vandsønderde-muligvis kulstøv. Lidt gas re). Fast stof, Co. Meget

(Cl og O). gas (H).

2 2 2

2 Natriumiodid NaI 6 sønderdeling. Gasdannelse deling. Meget gas (H).

pH 2 (og 10??) pga. Vand- pH (10) pga. vandsønder-

(O og I).

2 2

2

3 Natriumsul- Na SO 7 pH 3 pga. vandsønderde- pH 9 pga. vandsønderde-fat ling. Meget gas (O). ling. Meget gas (H).

2 4

2 2

4 Sølvnitrat AgNO 6 pH 3 pga. vandsøndede- pH 9 pga. vandsøndede-

3 ling. Lidt gas (O). ling. Fast stof (Ag).

2

5 Salpetersyre HNO * 0 pH 0. Fast stof (gult), pH 0 på trods af vandsøn-

3 højst sandsynligt opløsning derdeling. Meget gas (H).

af kobberelektroden.

2

* med kobberelektrode. Ved denne elektrolyse var en kraftig varmeudvikling.

Side 6

[navn fjernet] & [navn fjernet] KEMI B/FRV

KEMIRAPPORT - ELEKTROLYSE DATO: 18-4-2001

SIDE 6 AF 8

1)

Anodeproces: 2 H O → O + 4 H^{+} + 4 e^{-} (pH falder)

2 2

2 Cl → Cl + 2 e^{-}

-

2

C → C + 4 e^{-}

4+

Katodeproces: 2 H O + 2 e^{-} → H + 2OH^{-} (pH stiger)

2 2

Co + 2 e^{-} → Co

2+

Vandsønderdelingen ses ved at pH stiger og falder ved henholdsvis katoden og anoden, samt ved den store mænge af gasdannelse. Chlorgassen identificerede vi ved den karakte-ristiske skarpe lugt. Kulstøvet var en opløsning af anoden. Dette kunne vi se, da det ene-ste andet der kunne danne fast stof i denne reaktion er cobolt, og denne reaktion foregår kun ved katoden. Endelig kunne vi ved katoden se at der dannedes fast stof, hvilket vi ud fra den viden vi har om katodeprocesser bestemte som Co. En grund til at pH ikke var så høj ved katoden som vi havde forventet, kan være at processen med dannelse af cobolt har været så stor at vandsønderdelingen ikke har været så stor, hvilket vil medføre en lavere pH ved katoden.

2)

Anodeproces: 2 H O → O + 4 H^{+} + 4 e^{-} (pH falder)

2 2

2 I → I + 2 e^{-}

-

2

Katodeproces: 2 H O + 2 e^{-} → H + 2OH^{-} (pH stiger)

2 2

Vandsønderdelingen ses ved at pH stiger og falder ved henholdsvis katoden og anoden, samt ved den store mænge af gasdannelse. Vi så dog også en samtidig stigning i pH ved

anoden, hvilket vi ikke kunne forklare. Måske har det været nogle OH^{-} -ioner der havde

forvildet sig!!

Iodgassen identificerede vi som der står i øvelsesvejledningen. Den er brun/gul når den

er omsat til molekyler eller ioner i opløsningen efter følgende ligevægt:

I + I^{-} ⬄ I^{-}

2 3

Dette var netop hvad vi så i elektrolysekarret.

Side 7

[navn fjernet] & [navn fjernet] KEMI B/FRV

KEMIRAPPORT - ELEKTROLYSE DATO: 18-4-2001

SIDE 7 AF 8

3)

Anodeproces: 2 H O → O + 4 H^{+} + 4 e^{-} (pH falder)

2 | 2

Katodeproces: 2 H O + 2 e^{-} → H + 2OH^{-} (pH stiger)

2 2

Vandsønderdelingen ses ved at pH stiger og falder ved henholdsvis katoden og anoden.

Der er ingen afladninger hverken ved katoden eller anoden, da SO^{2-} -ioner og Na^{+} -ioner

4 ikke aflades ved elektrolyse.

4)

Anodeproces: 2 H O → O + 4 H^{+} + 4 e^{-} (pH falder)

2 | 2

Katodeproces: 2 H O + 2 e^{-} → H + 2OH^{-} (pH stiger)

2 2

Ag + e^{-} → Ag

+

Vandsønderdelingen ses ved at pH stiger og falder ved henholdsvis katoden og anoden, samt ved den store mænge af gasdannelse. Endelig kunne vi ved katoden se at der dan-nedes fast stof, hvilket vi ud fra den viden vi har om katodeprocesser bestemte som Ag.

5)

Anodeproces: 2 H O → O + 4 H^{+} + 4 e^{-}

2 | 2

Cu → Cu^{2+} + 2 e^{-}
Katodeproces: 4 H + 4 e^{-} → 2 H

+

2

Katodeprocessen er en afladning af H^{+} -ioner, da det er en syreopløsning. Anodeprocessen
er en vandsønderdeling, da SO^{2-} -ioner ikke kan aflades ved elektrolyse. Desuden dannes

4

der et fast gult stof. Dette kan kun være en opløsning af anoden, da H^{+} -ionerne aflades
og SO^{2—} ionerne ikke kan. Det efterlader kun kobberelektroderne tilbage.

4

Side 8

[navn fjernet] & [navn fjernet] KEMI B/FRV

KEMIRAPPORT - ELEKTROLYSE DATO: 18-4-2001

SIDE 8 AF 8

F F E E J J L L K K I I L L D D E E R R / / U U S S I I K K K K E E R R H H E E D D E E R R

Der var ikke mange fejlkilder ved dette forsøg. Men en enkelt kan dog være:

Elektroderne var ikke skyllet ordentligt inden det næste forsøg blev sat i gang.

K K O O N N K K L L U U S S I I O O N N

Jeg vil mene at forsøget er vellykket. Der var kun en fejlkilde, som kan have gjort at vores pH papir ved anoden i nr. 2 viste to så forskellige pH-værdier ved den samme elektrode.

Ved katoden i nr. 1 havde vi forventet en højere pH. Dette mener jeg også at have fundet en logisk forklaring på.

L L I I T T T T E E R R A A T T U U R R L L I I S S T T E E

Kemi 2000 C-niveau, af Helge Mygind, P. Haase & Søns Forlag as, 1994

Kemi 2000 B-niveau, af Helge Mygind, P. Haase & Søns Forlag as, 1995

Gads lille leksikon, 1993