Enrico ha scritto:
Una soluzione acquosa di cloruro di litio viene elettrolizzata per 2 ore e al catodo si sviluppano 5200 cm3 di H2, misurati a 20 °C e 752 Torr con rendimento di corrente del 90%. Si calcoli il valore dell'intensità di corrente durante l'elettrolisi. Assumendo che all'anodo si sviluppi cloro con rendimento del 70%, stabilire quante moli se ne producono. Determinare, infine, quale può essere la reazione concorrente all'anodo e quante moli della sostanza ipotizzata sono prodotte.
Rispondo così:
Per calcolare l’intensità della corrente che ha consentito lo sviluppo dell’idrogeno gassoso è necessario
· considerare la reazione di riduzione dell’idrogeno dell’acqua, che si scarica al posto del litio il cui potenziale di riduzione è molto più basso
· ricordare quanto vale la carica di una mole di elettroni
· ricordare qual è la relazione che lega la quantità di carica Q all’intensità della corrente i, cioè Q = i×t.
Prima di tutto, tramite l’equazione di stato dei gas ideali si determina la quantità in moli di idrogeno gassoso che si sviluppa all’elettrodo negativo (catodo). Quindi:
P = 752Torr/760Torr/atm = 752/760 atm T = 273,15 + 20 = 293,15 K 5200 cm3 = 5,200 L
n H2 = PV/RT = (752/760)atm×5,200L/(0,0821L atm/K mol×293,15K) = 0,2138 mol
2 H2O(l) + 2 e- → H2(g) + 2 OH-(aq)
n e- = n H2×2 = 0,2138 mol×2 = 0,4276 mol e- = Q tot = 0,4276 mol e- × 96485 C/mol e- = 41254 C
t = 2 h × 60 min/h × 60 s/min = 7200 s i = Q/t = 41254 C/7200 s = 5,73 A
i effettiva = 5,73 A×100/90 = 6,37 A
Per quanto riguarda il cloro, esso si sviluppa all’anodo a seguito dell’ossidazione degli ioni cloruro secondo la semireazione
2 Cl-(aq) → Cl2(g) + 2 e-
La quantità in moli di cloro gassoso, se il rendimento del processo elettrodico fosse del 100%, dovrebbe quindi coincidere con quella dell’idrogeno gassoso, cioè dovrebbe essere 0,2138 mol. Tenendo conto del rendimento effettivo si ha:
n effettiva Cl2 = 0,2138 mol×70/100 = 0,150 mol
Visto che si effettua l’elettrolisi di una soluzione acquosa, la reazione concorrente all’anodo potrebbe essere l’ossidazione dell’acqua da cui si sviluppa ossigeno, cioè:
2 H2O(l) → O2(g) + 4 H+ + 4 e-
Se lo sviluppo di ossigeno va a compensare il mancato sviluppo di cloro, che è pari a (0,2138 – 0,150) mol = 0,0638 mol, possiamo concludere che si libereranno 0,0638/2 = 0,0319 mol di O2, dato che per ciascuna mole di ossigeno gassoso entrano in gioco 4 moli di elettroni anziché 2 moli come per il cloro.
In conclusione, l’intensità di corrente durante l’elettrolisi è 6,37 A, all’anodo si sviluppano 0,150 mol di cloro gassoso e la reazione concorrente di ossidazione dell’acqua porta allo sviluppo di 0,032 mol di ossigeno gassoso.