الدرس السابع ... التحليل الكهربي لكبريتات النحاس بين أقطاب من البلاتين (الهيدروجين)

التحليل الكهربي لكبريتات النحاس بين أقطاب من البلاتين (الهيدروجين)
 تجربــة :-
1- كون الجهاز كما بالشكل
2-ضع فى الكأس كمية من محلول كبريتات
النحاس الزرقاء اغلق الدائرة
• الملاحظة
يزول اللون الأزرق لكبريتات النحاس تدريجيا
• الاستنتاج
تتحلل محلول كبريتات النحاس عند وضعة بين أقطاب من البلاتين
• التفسير
1-عند وضع كبريتات النحاس فى الماء يذوب ويتاين إلى أيونات نحاس
موجبة وأيونات كبريتات سالبة طبقا للمعادلة الآتية
Cu SO4 Cu + 2 + SO4 –2
عند الكاثود ( القطب السالب تحدث عملية الاختزال )
-حيث تتجة أيونات النحاس الموجبة ناحية القطب السالب وتكتسب إلكترونات وتتعادل وتتحول إلى ذرات متعادلة
Cu + 2 + 2e عملية اختزال Cu
-عند الآنود ( القطب الموجب يحدث عملية أكسدة )
حيث تتحرك مجموعة الكبريتات ناحية الآنود وتفقد إلكترونات وتتعادل(أكسدة SO4 –2 عملية أكسدة SO4 +2e
-تتفاعل مجموعة الكبريتات مع الماء ويتكون حمض الكبريتيك وينطلق غاز الأكسجين 2 SO4 + 2H2O 2H2SO4 + O2
تحضير بعض المركبات والعناصر فى الصناعة
 تحضير هيدروكسيد الصوديوم بالتحليل الكهربى
تحضير هيدروكسيد الصوديوم بالتحليل الكهربى لمحلول مائى مشبع من كلوريد الصوديوم باستخدام قطبين من الكربون
 تجربة
1- نكون الجهاز كما بالشكل
2- نضع فى الإناء كمية من محلول كلوريد الصوديوم
3- نغلق الدائرة
 الملاحظة
1- يتصاعد غاز الهيدروجين عند الكاثود
2- يتصاعد غاز الكلور عند الآنود
3- يتكون محلول هيدروكسيد الصوديوم الذي يمكن تبخيره ونحصل على مركب هيدروكسيد الصوديوم صلب
التفسير
1- عند وضع محلول كلوريد الصوديوم فى الماء
- يحدث لة عملية تاين لانة مادة إلكتروليتية طبقا للمعادلة
Na Cl تأيــن Na + + Cl –
عند غلق الدائرة
عند الكاثود ( عملية اختزال )
تتجه أيونات الصوديوم الموجبة بالإضافة لوجود الماء فيكون هناك تتفاعلان محتملان هم اختزال لأيونات الصوديوم اختزال الماء ولكن نظرا لأن جهد اختزال الماء أعلى من اختزال الصوديوم يحدث اختزال للماء ويتصاعد غاز الهيدروجين
2H2O + 2e اختــــزال 2OH- + H2 ……………(1)
عند الآنود
يوجد أيونات الكلور والماء فيكون هناك تفاعلات محتملان هم :-
1-أكسدة للماء طبقا للمعادلة
2H2O + 2e أكسدة O2 + 4H + + 4e ……….( 2)
1- أكسدة للكلور
2Cl – أكسدة Cl2 + 2e ………………(3)
*نظرا لأن جهد أكسدة الماء أعلى من جهد أكسدة الكلور فيتأكسد الماء وينتج غاز الأكسجين الذي يستقطب حول قطب الكربون نتيجة لذلك يؤدى إلى صعوبة أكسدة الماء وبالتالي تحدث أكسدة لأيونات الكلور يد كما فى المعادلة رقم 4
2H2O + 2e اختزال 2OH- + H2
بالجمع Cl 2 أكسدة Cl- + 2e 2
2H2O + 2Cl - Cl2 + H2 + 2OH –
-تتحد كاتيونات الصوديوم مع أيون الهيدروكسيد ويتكون هيدروكسيد الصوديوم
Na + + OH- NaOH
 النتيجة النهائية :
1- يتصاعد غاز الهيدروجين عند الكاثود والكلور عند الآنود
2- يكون هيدروكسيد الصوديوم فى المحلول الذي يمكن تبخيره وتركيزة فى المحلول
 علل يتصاعد غاز الهيدروجين عند الكاثود عند التحليل الكهربي لمحلول ملح الطعام
لأنة عند الكاثود يوجد أيونات الصوديوم والماء ونظرا لأن جهد اختزال الماء اكبر من جهد اختزال الصوديوم يختزل الماء وينطلق الهيدروجين
2H2O + 2e اختزال 2OH- + H2
 علل لا يتصاعد غاز الأكسجين عند التحليل الكهربي لمحلول كلوريد الصوديوم بين أقطاب من الكربون
لأن الأكسجين بمجرد تكوينه يستقطب على سطح الكربون
علل عند التحليل الكهربي لمحلول كلوريد الصوديوم بين أقطاب من الكربون لا يتصاعد الأكسجين ولكن يتصاعد الكلور
لأن الأكسجين بمجرد تكوينه يستقطب على قطب الكربون مما يزيد من صعوبة أكسدة الماء فيزداد جهد أكسدة أيونات الكلور يد ويتصاعد غاز الكلور بدلا من الأكسجين
 علل عند التحليل الكهربي لمحلول ملح الطعام تتوقف عملية أكسدة الماء عند الآنود على الرغم من كبر جهد تأكسدها
لان عندما يتأكسد الماء في بداية الأمر ينتج غاز الأكسجين الذي يستقطب
القطب الموجب فيرفع من جهد أكسدة انيونات الكلور على حساب الماء
فتتأكسد انيونات الكلوريد بدلا من الماء
 علل لايمكن تحضير فلز الصوديوم من التحليل الكهربي لمحلول أملاحة
لأنة عند التحليل الكهربي لمحلول أملاحة توجد الماء الذي يسهل اختزالها
عن أيونات الصوديوم عند القطب السالب إلى غاز هيدروجين ومجموعة
الهيدروكسيل التى تتحد مع أيونات الصوديوم عند القطب السالب ويتكون
هيدروكسيد الصوديوم
تحضير هيدروكسيد الصوديوم بين أقطاب من الزئبق
-عند استخدام أقطاب من الزئبق يعمل الزئبق على رفع جهد اختزال أيونات الصوديوم عن الماء مما يؤدى إلى اختزال أيونات الصوديوم
Na + + e Na
بذلك يتكون الصوديوم الذي يذوب فى الزئبق ويكون مملغم الصوديوم الذي يذوب فى الماء مكونا هيدروكسيد الصوديوم
2 Na + 2H2O 2NaOH + H2
عند الانود يحدث اكسدة لايونات الكلوريد ويتصاعد غاز الكلور
2Cl-1 Cl2+2e
علل عند استبدال أقطاب الكربون بأقطاب من الزئبق تكون عملية اختزال أيونات الصوديوم أسرع من اختزال الماء
- لأن الزئبق يتسبب في رفع جهد اختزال أيونات الصوديوم ويخفض جهد اختزال الماء وبذلك يكون اختزال أيونات الصوديوم هي الأسرع0 ثم يتكون ملغم الصوديوم الذي يتفاعل مع الماء مكونا هيدروكسيد الصوديوم ويتصاعد غاز الهيدروجين
2 Na + 2H2O 2NaOH + H2
التحليل الكهربي لمصهور كلوريد الصوديوم
-عند التحليل الكهربي لمصهور كلوريد الصوديوم بدلا من محلول كلوريد
الصوديوم فإنه لا يوجد منافسة من الماء مع كل من أيونات الصوديوم فى
عملية الاختزال وأيونات الكلور فى عملية الأكسدة بذلك تقتصر عملية
الأكسدة على أيونات الكلور وعملية الاختزال على أيونات الصوديوم
عند الآنود
تحدث عملية أكسدة لأيونات الكلور ويتصاعد غاز الكلور
2Cl- • Cl2 + 2e
 عند الكاثود
تحدث عملية اختزال لأيونات الصوديوم إلى فلز الصوديوم
Na + + e Na
علل يحضر الصوديوم فى الصناعة بالتحليل الكهربي لمصهور ملح الطعام
لسهولة اختزال أيونات الصوديوم إلى الفلز الصوديوم وأكسدة أيونات الكلور إلى
عنصر الكلور لانعدام المنافسة بين أيونات الصوديوم والماء والكلور على عمليتي الأكسدة و الاختزال لغياب الماء
علل لا يستخدم مصهور كلوريد الصوديوم فى تحضير الصودا الكاوية
لأنة لا يحتوى على ماء وبالتالي لايمكن أن تتكون مجموعات الهيدروكسيل ولا
يكون هناك عملية اختزال للماء وتكون عملية اختزال أيونات الصوديوم
هى السائدة ويتكون فلز الصوديوم
Na+ + e Na
علل محلول كبريتات البوتاسيوم وضع فى أنبوبة على شكل حرف Uتحتوى على صبغة عباد الشمس تم تحليلة كهربيا بين قطبين خاملين فأصبحت صبغة عباد الشمس عند أحد القطبين حمراء وعند القطب الآخر زرقاء
- تتأين كبريتات البوتاسيوم طبقا للمعادلة
K2SO4 تأين 2K+ + SO4 –2
عند الآنود ( القطب الموجب )
-تتجه أيونات الكبريتات حيث تفقد إلكترونات وتتعادل ويحدث لها عملية أكسدة
SO4 –2 أكسدة SO4 + 2e
-تتحد أيونات الكبريتات مع الماء وتكون حمض الكبريتيك الذي يحمر ورقة عباد الشمس ويتصاعد غاز الأكسجين
2SO4 + 2H2O 2H2SO4 + O2
-عند الكاثود(القطب السالب)
-تتجه أيونات البوتاسيوم عند الكاثود حيث تكتسب إلكترونات وتتعادل
2K + + 2e 2K
-يتحد البوتاسيوم مع الماء ويتكون هيدروكسيد البوتاسيوم الذي يزرق لون ورقة عباد الشمس
2K + 2H2O • 2KOH + H2



فكرة العمل
1- يتأين محلول كبريتات البوتاسيوم كالآتي
K2SO4 2K+1 + SO4 –2
2-تنفذ أيونات الكبريتات السالبة منة خلال مسام القنطرة إلى نصف خلية الخارصين وتتفاعل مع أيونات الخارصين الموجبة ويتكون كبريتات الخارصين ويمكن ان يحدث العكس
Zn +2 + SO4 –2 ZnSO4
- ينتج عن ذلك زيادة تركيز أيونات البوتاسيوم فى القنطرة
-تنفذ أيونات البوتاسيوم من خلال مسام القنطرة إلى نصف خلية النحاس وتتفاعل مع أيونات الكبريتات السالبة ويتكون كبريتات البوتاسيوم ويمكن ان يحدث العكس
2 K+1 + SO4-2 K2SO4
- بذلك نحصل على حالة التعادل لعدم وجود أيونات الكبريتات السالبة أو أيونات الخارصين الموجبة
 علل تعتبر الخلايا الجلفانية من الخلايا الانعكاسية
- عند إمداد الخلية بكمية كهرباء من مصدر خارجي مساوية لكمية الكهرباء التى تنتجها تتوقف التفاعلات التى تحدث بها
-عند إمداد الخلية بكمية كهرباء أكبر من التى تنتجها:يتم انعكاس التفاعل التلقائي الذي كان يحدث فى الخلية وتتحول تفاعلات الأكسدة إلى تفاعلات اختزال وتفاعلات الاختزال إلى أكسدة بذلك يسمى كل نصف من أنصاف الخلية بالقطب الانعكاسي
-يكون اتجاه التيار فى الخلية الجلفانية عكس إتجاة التيار فى المصدر الخارجي