التحليل الكهربائي لمحاليل المواد الأيونية

التحليل الكهربائي لمحاليل المواد الأيونية :

 مثال :  ما نواتج التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم  NaCl ؟

يتفكك محلول كلوريد الصوديوم في الماء كما في المعادلة الآتية :  Cl ^- _(aq)   +  ⁺_(aq) Na                          _(S) NaCl

وعند إمرار تيار كهربائي في المحلول باستخدام أقطاب غرافيت فإن :

1- المهبط ( - ) : يتواجد أيونات ⁺   , Naوجزيئات H₂O ، لذا فإن تفاعلات الاختزال المحتملة هي  :

Na⁺ _(aq)    + e ^-                   Na _(S)                                                          -2.71 = E^o                              

2H₂O _(l)   + 2e ^-               H_{2 ( g)}  + 2OH ^- _(aq)                    -0.83 = E^o         ( معادلة اختزال الماء )   

التفاعل الأكثر قابلية للحدوث هو : اختزال الماء ( لأن جهد اختزاله أكبر من جهد اختزال الصوديوم )

2- المصعد (+ ) : يتواجد أيونات  Cl ^-  وجزيئات H₂O   ، لذا فإن تفاعلات التأكسد المحتملة هي  :

2Cl ^-_{( aq)}                     Cl_{2 (g)}  + 2e  ^-                        -1.36 = E^o           

2H₂O _(l)                      O_{2 ( g)}  + 4H ⁺_(aq) + 4e ^-                       -1.23 = E^o             ( معادلة تأكسد الماء )

 لذا من المتوقع أن يتأكسد الماء لأن جهد تأكسده أكبر، إلا أن الذي يحدث عملياً هو تصاعد غاز Cl₂  :

إذاً        نصف تفاعل الاختزال / المهبط : 2H₂O _(l)   + 2e ^-                  H_{2( g)}  + 2OH ^-_(aq)      

            نصف تفاعل التأكسد / المصعد : 2Cl ^- _(aq)                    Cl_{2 (g)}   + 2e ^-               

 

  التفاعل الكلي :                + Cl_{2 (g)     (}2OH ^-_{( aq} +   H_{2( g)                   (aq)} 2H₂O _(l)   + 2Cl ^-

   نواتج التحليل :

1. عند المصعد تصاعد غاز Cl₂       2. عند المهبط تصاعد غاز H₂          3. تكون محلول قاعدي من OH _(aq) Na  

 ملاحظات :  عند التحليل الكهربائي لمحاليل المواد المتأينة نتبع القواعد الآتية :

1.   يكون الاختزال عند المهبط لقيمة (E^o اختزال)  الأكبر ، وبشكل عام يكون ترتيب الاختزال كما يلي :

اختزال أيونات فلزات العناصر الانتقالية         ثم       اختزال الماء        ثم    اختزال أيونات فلزات المجموعة

       

2.   يكون التأكسد عند المصعد للأسهل تأكسداً ، وبشكل عام يكون ترتيب التأكسد كما يلي :

             تأكسد   H ^‑ , ^- I ^- , Br  ^-,Cl   < تأكسد H₂O  < تأكسد F ^-, NO₃ ^- , SO₄^-2

التحليل الكهربائي لمحلول نترات الرصاص Pb(NO₃)₂ ( شجرة الرصاص ) :

1. المهبط (-) : يتواجد الماء وأيون  Pb⁺²، لكن الذي يختزل هو Pb⁺²   لأن جهد اختزاله أكبرمن جهد اختزال الماء ^: 

)                         Pb 2e ^-  +  _((aq 2X (  Pb⁺²

2. المصعد(+) : يتواجد الماء وأيون ^- NO₃ ، لكن الذي يتأكسد هو الماء لأن تأكسده أسهل من تأكسد النترات :

2H₂O _(l)                       O_{2 ( g)}  +  4H⁺_(aq)   +  4e ^-

 2H₂O _(l)                      2Pb _(S)  + O_{2 ( g)} + 4H ⁺_(aq)  + _((aq ⁺² 2Pb

 إذاً نواتج التحليل :

1.   ترسب Pb عند المهبط (شجرة الرصاص)   2. تصاعد غاز O₂ على المصعد  تكون محلول حمضي هو  NO₃ H

التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات الصوديوم (Na₂SO₄ ):

المهبط : (-) : يتواجد H₂O / ⁺ Na    الذي يختزل هو الماء (جهد اختزاله أكبرمن جهد اختزال الصوديوم ) :

2X (2H₂O _(l)     + 2e ^-                   H_{2 ( g)}  + 2OH  ^-_(aq)  ) 

المصعد : (+) : يتواجد H₂O  / SO₄ ^{2 -} الذي يتأكسد هو الماء لأن تأكسده أسهل من تأكسد SO₄ ^{2 -}:

2H₂O _(l)                      O_{2 ( g)}  + 4H ⁺ + 4e ^-

التفاعل الكلي               _(aq)  6H₂O _(l)                     2H_{2( g)} +  O_{2 ( g)}  +  4OH ^-_(aq)  + 4H⁺

يلاحظ تكون   H⁺   عند المصعد وكما هو عند المهبط ومع مرور الوقت ونتيجة لحركة الأيونات يحدث التعادل بينهما لذلك تصبح معادلة التفاعل على الخلية الكلية        2H₂O _(l)                      2H_{2 ( g)}  + O_{2( g)}

نواتج التحليل هي :         1. انطلاق غاز H₂                         2. انطلاق غاز O₂

يلاحظ أن التحليل الكهربائي لمحلول Na₂SO₄ هي تحليل كهربائي للماء فلم يحدث تغير على أيونات  Na⁺  و SO₄^{2 -}

سؤال :   ما نواتج التحليل الكهربائي لمحاليل كل من المركبات الآتية ؟ وضح إجابتك بالمعادلات

1. محلول KI :

  نصف تفاعل الاختزال / المهبط   2H₂O_(l)     + 2e ^-                   H_{2 ( g)}  + 2OH  ^-_(aq)    

   نصف تفاعل التأكسد / المصعد                  2I ^- _(l)                     I_{2 (l)}    + 2e ^–

    التفاعل الكلي :                      _(l)  +  2I ^-_(l)                   H_2(g)  + 2OH ^-_(aq)  +  I₂    2H₂O_(l)

   النواتج :  تصاعد غاز الهيدروجين على المهبط ، وتكون اليودعلى المصعد ، تكون محلول قاعدي من KOH  

2. محلول : CuBr₂

    نصف تفاعل الاختزال / المهبط  Cu²⁺ _(l)  + 2e ^-                  Cu _(s)                   

    نصف تفاعل التأكسد / المصعد                2Br ^- _(l)                   Br_2(l)    + 2e ^-      

Cu²⁺ _(l)  +  2Br ^- _(l)                       Cu _(s)   +  Br_2(l)                                                 

    النواتج :  ترسب النحاس على المهبط ، وتكون البروم على المصعد .

3. محلول  NaH :

  نصف تفاعل الاختزال / المهبط   2H₂O_(l)     + 2e ^-                   H_{2 ( g)}  + 2OH  ^-_(aq)    

   نصف تفاعل التأكسد / المصعد                  2H ^- _(l)                     H_{2 (l)}    + 2e ^–

    التفاعل الكلي :                      _(l)  +  2I ^-_(l)                   H_2(g)  + 2OH ^-_(aq)  +  I₂    2H₂O_(l)

   النواتج :  تصاعد غاز الهيدروجين على المهبط والمصعد ، تكون محلول قاعدي من NaOH  .