Analytical-chemistry

 

Galvanic Cell Electrolytic Cell
Cathode +  (Reduction) -  (Reduction)
Anode - (Oxidation) +  (Oxidation)

Oxidation always takes place at anode!
Reduction always takes place at cathode!

อิเล็กไลซีสของ KI

KI แตกตัวในน้ำได้ K+ และ I เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไปที่ขั้วบวกและขั้วลบ  I-  จะถูกออกซิไดส์ที่ขั้วลบ (แคโทด) ในขณะที่น้ำถูกรีดิวซ์ที่ขั้วบวก (แอโนด) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น ดังนี้
Anode              2I--->(aq) I2(s) + 2e-
Cathod             2H2O(l) + 2e- --> 2OH-(aq) + H2(g)
net reaction:    2I-(aq) + 2H2O(l) -->I2(s) + 2OH-(aq) + H2(g)

  • ที่ขั้วลบ (คาโธด) จะเกิดฟองอากาศขึ้น ซึ่งได้แก่ ก๊าซไฮโดรเจน (H2) นั่นเอง  และเมื่อเติมอินดิเคเตอร์ฟีนอลฟธาลีนลงไป จะเปลี่ยนจากใสเป็นสีชมพู เนื่องจากมี OH- ซึ่งแสดงความเป็นเบส
  • ที่ขั้วบวก (แอโนด) จะเกิดสารสีน้ำตาลแก่ขึ้นรอบ ๆ ขั้วแอโนด ซึ่งก็คือไอโอดีนที่เกิดขึ้นนั่นเอง

อิเล็กโทรไลซิส NaCl

เมื่อ NaCl ละลายน้ำ จะได้  Na+1 และ Cl-1  และ Na+1 จะเคลือนที่เข้าหาขั้วลบ และ Cl-1 จะเคลื่อนเข้าหาขั้วบวก ดังภาพ


 

ปฏิกิริยาที่ 1

Anode: 2 Cl-1  --> Cl2(g) + 2e-1              -1.36V
Cathode: 2 Na+1  +  2e-1 -->2 Na°         -2.71V
Overall: 2NaCl(l)   --> 2 Na°  +  Cl2(g)    E° = -4.07V  (not spontaneous) 

 

ปฏิกิริยาที่ 2

Anode: 2Cl-1  -->  Cl2(g) + 2e-1              -1.36V
Cathode:  2H2O + 2e
-1  --> H2 + 2OH-1    - 0.83V

Overall: 2Cl-1 + 2H2O  -->  Cl2(g) + H2 + 2OH-1   E° = -2.19V 
                                                                                 
เมื่อพิจารณาปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่บวกและขั้วลบ จากทั้งสอง ปฏิกิริยาข้างต้น พบว่า

  • ที่ขั้วลบ (Cathode)  Na+ มีค่า E0 -2.71 V ในปฏิกิริยาที่ 1 น้อยกว่าค่า E0 -0.83 ของน้ำ    ในปฏิกิริยาที่ 2  จึงสามารถสรุปได้ว่า ปฏิกิริยาที่มีค่า E0 มากกว่าจะเกิดปฏิกิริยารีดักชันได้ดีกว่า เพราะฉนั้นน้ำจึงสามารถเกิดปฏิกิริยาที่ขั้วแคโธดได้ดีกว่า Na+ เพราะฉนั้นเมื่อทำการทดลองเราจึงเห็นฟองอากาศเกิดขึ้นที่ขั้วบวก ซึ่งก็คือก๊าซไฮโดรเจนนั่นเอง และหากเมื่อเติมอินดิเคเตอร์ฟีนอฟธาลีนลงไป ฟีนอฟธาลีนจะเปลี่ยนเป็นสีชมพู เพราะมี OH- ที่แสดงความเป็นเบส
  • ที่ขั้วบวก (Anode)  Cl- สามารถให้อิเล็กตรอนได้ดีกว่าน้ำ จึงสามารถเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ดี  ดังนั้นจึงเกิดฟองก๊าซขึ้นที่ขั้วลบ ก๊าซที่เกิดขึ้นได้แก่ ก๊าซคลอรีน (Cl2) ซึ่งมีคุณสมบัติสามารถฟอกจางสีได้  เพราะฉนั้นเมื่อเราเติมน้ำสีลงไปที่ขั้วลบ สีนั้นจะจางใสไปในที่สุด
  • สรุปปฏิกิริยาที่ถูกต้อง คือปฏิกิริยาที่ 2

Electrolysis of CuSO4(aq)
Anode: 2H2O  -->
O2(g) + 4H+1 + 4e-1       -1.23V

Cathode:  2 Cu+2+ 4e-1   -->  2Cu                        + 0.34V
Overall: 2H2O + 2 Cu+2   --> O2(g) + 4H+1 + 2Cu     E° = -1.02V
SO4-2 จะถูกออกซิไดส์ได้ไม่ดีแต่น้ำสามารถถูกออกซิไดส์ได้ดีกว่า น้ำจึงเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ขั้วลบ   

 

 ข้อควรจำ

ที่ขั้วลบ (Cathode) พวกไอออนโลหะ เช่น  Na+1   K+1   Li+1   Ca+2   Ba+2  จะไม่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน

น้ำสามารถเกิดปฏิกิริยารีดักชันได้ดีที่ขั้วลบ เกิดปฏิกิริยา
  2H2O +2e-1   --> H2 + 2OH-1

เพราะน้ำสามารถรับอิเล็กตรอนได้ดีกว่าไอออนโลหะเหล่านั้น

 

 ที่ขั้วบวก (Anode) ไอออนเชิงซ้อน เช่น NO3-1   SO4-2   CO3-2   Ac-1   ClO3-1   PO4-3  จะไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ขั้วบวก เมื่อเทียบกับน้ำ ซึ่งสามารถให้อิเล็กตรอนได้ดีกว่า 
ได้ปฏิกิริยาเป็น  2H2O  --> O2(g) + 4H+1 + 4e-1

 

แต่เมื่อมีทั้ง Cation ที่เป็นโลหะและ Anion ที่เป็นไอออนเชิงซ้อนมาผสมกัน เช่น  KNO3 ซึ่ง K+ และ NO3- ไม่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน และรีดักชันได้  น้ำจึงเกิดปฏิกิริยารีดักชันและออกซิเดชันที่ขั้วบวกและลบแทนไอออนทั้งสอง

 

Electrolysis of KNO3(aq)
Anode: 2H2O  --> O2(g) + 4H+1 + 4e-1
Cathode:  [2H2O + 2e-1  --> H2 + 2OH-1]2
Overall:2H2O  --> 2H2(g) + O2(g)

 

Electrolysis of NaOH(aq)
Anode:  4OH-1 --> 2H2O + O2(g) + 4e-1
Cathode:  [2H2O + 2e-1  --> H2 + 2OH-1]2
Overall: 2H2O  --> 2H2(g) + O2(g)

 

 

Electrolysis of HAc(aq)
Anode: 2H2O --> O2(g) + 4H+1 + 4e-1
Cathode:  4H+1 + 4e-1  --> 2H2
Overall: 2H2O  --> 2H2(g) + O2(g)

 

  Electrolysis of HCl(aq)
Anode: 2Cl-1 --> Cl2(g) + 2e-1

Cathode:  2H+1 + 2e-1  --> H2(g)
Overall: 2H+1 + 2Cl-1 -->  H2(g)  +  Cl2(g) 


 
Electrolysis of CuBr2(aq)
Anode: 2Br-1 -->
Br2(l) + 2e-1

Cathode:  Cu+2 + 2e-1  --> Cu°
Overall: Cu+2 + 2Br-1  --> Cu° + Br2(l)