Az összetett elektrolízis-feladatokban egyszerre kell figyelni a katód- és az anódfolyamatra, gyakran gázfejlődéssel. A leválási sorrend ismerete itt már nem elhagyható.
Mit kell tudni erről a témakörről az emelt szintű érettségin?
- Vizes oldatok elektrolízisénél a víz is részt vehet az elektródfolyamatokban.
- Katódon a nemesebb fém (pozitívabb standardpotenciálú) válik le előbb.
- Az alkálifémek és az alkáliföldfémek vizes oldatból nem választhatók le, helyettük hidrogén fejlődik.
- Anódon a halogenidionok oxidálódnak; szulfát- és nitrátion esetén viszont oxigén fejlődik a vízből.
- Sorba kapcsolt cellákon ugyanaz a töltésmennyiség halad át, ezért az anyagmennyiségek a töltésszámmal fordítottan arányosak.
- A fejlődő gáz térfogata standard körülmények között: V = n · 22,4 dm³/mol.
Kidolgozott mintafeladat
Nátrium-szulfát-oldat elektrolízisekor 9650 C töltés halad át. Mekkora térfogatú gáz fejlődik a katódon standard körülmények között?
Megoldás
- 1A nátrium vizes oldatból nem válik le, helyette a víz redukálódik.
- 2Katódreakció: 2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻, tehát 1 mol H₂-hez 2 mol elektron kell (z = 2).
- 3Az átvitt elektronok anyagmennyisége: n(e⁻) = Q / F = 9650 / 96 500 = 0,1 mol.
- 4A hidrogén anyagmennyisége: n(H₂) = 0,1 / 2 = 0,05 mol.
- 5A térfogat: V = 0,05 · 22,4 = 1,12 dm³.
A katódon 1,12 dm³ hidrogéngáz fejlődik.
Tipikus hibák, amiket érdemes elkerülni
- Azt feltételezik, hogy a nátrium fémként leválik a vizes oldatból.
- A gázfejlődésnél elfelejtik, hogy két elektron kell egy hidrogénmolekulához.
- Sorba kapcsolt celláknál azonos anyagmennyiséggel számolnak azonos töltés helyett.
Nézd meg a teljes videóleckét ebből a témakörből
Czirók Ede kb. 40 perces videójában lépésről lépésre, több kidolgozott feladaton keresztül vezeti végig a témakört. Regisztráció után egy perces előnézetet ingyen megnézhetsz.
Gyakori kérdések
Miért nem válik le a nátrium a vizes oldat elektrolízisénél?
Mert a nátriumion redukciója sokkal negatívabb potenciálon menne végbe, mint a vízé. Energetikailag könnyebb a vizet redukálni, ezért a katódon hidrogéngáz fejlődik és hidroxidion keletkezik. A nátrium előállítása ezért olvadékelektrolízissel történik, nem vizes oldatból.
Mi fejlődik az anódon szulfátionok jelenlétében?
Oxigéngáz, mert a szulfátion már a legmagasabb oxidációs állapotban lévő ként tartalmazza, így nem oxidálható tovább. Helyette a víz oxidálódik: 2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻. Halogenidionok jelenlétében viszont azok oxidálódnak elemi halogénné.