More Related Content
What's hot (20)
Similar to กระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis Chemistry) (20)
กระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis Chemistry)
- 2. ทบทวน เซลล์ไฟฟ้าเคมีแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด คือ 1. ซลล์กัลวานิก(Galvanic cell) 2. เซลล์อิเล็กโทรไลติก(Electrolytic cell) ปฏิกิริยาเคมี → กระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า → ปฏิกิริยาเคมี เรียกกระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์ว่า กระบวการอิเล็กโทรลิซิส
- 3. หรือ กระบวนการแยกสารด้วยไฟฟ้า คือ กระบวนการที่ต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าจากภายนอก เข้าไปภายในเซลล์ไฟฟ้าเคมีเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีและ เกิดสารใหม่ อิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis) เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เกิดกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส เรียกว่า ซลล์อิล็กโทรไลต์
- 4. ซลล์อิล็กโทรไลต์ (Electrolytic cell) ส่วนประกอบ 1. แหล่งให้พลังงานไฟฟ้า(external circuit) 2.ขั้วไฟฟ้า (electrode) 2 ขั้ว คือ ขั้ว cathode และขั้ว anode ออกซิเดชัน → เกิดที่ขั้วแอโนด (ขั้วบวก) รีดักชัน → เกิดที่ขั้วแคโทด (ขั้วลบ) 3. สารละลายอิเล็กโทรไลต์
- 5. หลักการทางาน ไอออนลบ → วิ่งไปที่ขั้วแอโนด (ขั้วบวก) → เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ไอออนบวก → วิ่งไปที่ขั้วแคโทด (ขั้วลบ) → เกิดปฏิกิริยารีดักชัน
- 7. สารอิเล็กโทรไลต์ที่นิยมใช้ในซลล์อิล็กโทรไลต์ คือ 1. สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว 2. สารละลายที่มีน้าเป็นตัวทาละลาย 3. น้า
- 8. 1. การแยกสารสารประกอบไอออนิกที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้า ตัวอย่าง การแยก NaCl ที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้า Anode (ออกซิเดชัน) : 2 Cl− Cl2(g)+ 2e– Cathode (รีดักชัน) : 2Na++ 2e− 2Na(l) ปฏิกิริยารวม : 2Cl− + 2 Na+ Cl2(g) + 2Na(l)
- 9. ตัวอย่าง การแยก CaCl2 ที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้า Anode (ออกซิเดชัน) : 2 Cl− Cl2(g)+ 2e– Cathode (รีดักชัน) : Ca 2+ + 2e– Ca(l) ปฏิกิริยารวม : 2 Cl− + Ca 2+ Cl2(g) + Ca(l)
- 10. ซลล์อิล็กโทรไลต์ anode oxidation ไอออนลบ แกร์ไฟต์ หรือ Pt cathode reduction ไอออนบวก แกร์ไฟต์ หรือ Pt แบบฝึกหัด 8 หน้า 132 + -
- 12. K+ (l) + e- -----> K (l) 2I− (l) -----> I2 (g) + 2e- 2K+ + 2I− (l) -----> 2K(l) + I2 (g) oxidation reduction K+ K (l) I− I2
- 13. แบบฝึกหัด สารไอออนิกหลอมเหลว ปฏิกิริยาที่แอโนด ปฏิกิริยาที่แคโทด NaI CuBr2 CaF2 2I− (l) -----> I2 (g) + 2e- 2Br− (l) -----> Br2 (g) + 2e- 2F− (l) -----> F2 (g) + 2e- Na+ (l) + e- -----> Na (l) Cu2+ (l) + 2e- -----> Cu(l) Ca2+ (l) + 2e- -----> Ca(l)
- 14. 2.การอิเล็กโทรลิซิสสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้น้าเป็นตัวทาละลาย ตย. การแยกสารละลาย CuSO4 ด้วยกระแสไฟฟ้า สารละลาย CuSO4 ประกอบด้วย Cu2+ SO4 2-และ H2O
- 15. เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี เข้าไปในอุปกรณ์แยกสารละลายด้วย กระแสไฟฟ้าเกิดปฏิกิริยา ดังนี้ แคโทด (ขั้วลบ) ทั้ง Cu 2+ และ H2O มีโอกาสรับอิเล็กตรอน เปรียบเทียบการรับ e– จากค่า EO ของสองครึ่งปฏิกิริยาดังนี้ Cu 2+(aq) + 2e– → Cu(s) EO = +0.34 V 2H2O(l) + 2e– → H2(g) + 2OH–(aq) EO = –0.83 V เกิดดีกว่า
- 17. แอโนด (ขั้วที่ต่ออยู่กับขั้วบวกของแบตเตอรี) ในสารละลายมี SO4 2- และ H2O ที่มีโอกาสให้อิเล็กตรอนหรือเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน แต่ค่า EO ของสองครึ่งปฏิกิริยาเป็นดังนี้ ½ S2O8 2-(aq) + e– → SO4 2-(aq) EO = +2.01 V 1/2O2(g) + 2H+(aq) + 2e– → H2O(l) EO = +1.23 V กลับสมการให้ เป็นปฏิกิริยาออกซิเดชัน เพื่อให้สอดคล้องกับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นที่ แอโนด ดังนี้ H2O(l) → 1/2 O2(g) + 2H+(aq) + 2e– EO = –1.23 V Eo น้อย เกิดดีกว่า
- 19. ถึงแม้ในปฏิกิริยาจะมี H+ เกิดขึ้นด้วย และอาจรับอิเล็กตรอนเกิดเป็นแก๊ส H2 แต่เมื่อ เปรียบเทียบค่า EO จากครึ่งปฏิกิริยาต่อไปนี้ Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s) EO = +0.34 V 2H+(aq) + 2e– → H2(aq) EO= 0.00 V เกิดดีกว่า สรุป ปฏิกิริยาการแยกสารละลาย CuSO4 ด้วยกระแสไฟฟ้า แอโนด : H2O(l) → O2(g) + 2H+(aq) + 2e– EO = −1.23 V แคโทด : Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s) EO = + 0.34 V ปฏิกิริยารวม : Cu 2+(aq) + H2O(l) → Cu (s) + O2(g) + 2H+(aq) = -0.89 V o cell E = –
- 20. อิเล็กโทรลิซิสสารละลาย Na2SO4 ในสารละลาย Na2SO4 จะ ประกอบด้วย Na+, SO4 2- และยังมีโมเลกุล H2O
- 22. ตัวอย่าง การแยกสลายȨำด้วยไฟฟ้า อุปกรณ์ที่ใช้ 1. แบตเตอรี่ 2. Pt electrode 3. สารละลาย H2SO4 Anode : 2H2O(l) 1/2O2(g) + 2H+(aq) + 2e– Cathode : 2H+(aq) + 2e– H2 (g) ปฏิกิริยารวม : H2O(l) 1/2O2(g) + H2 (g)
- 23. แกร์ไฟต์ cathode anode K+ Br- H2O K+ Br− -2.92 - 0.83 + 1.23 + 1.08 K+ H2O H2 ,OH− 2Br− --- > Br2 +2e− Br2 2H2O + 2e -- > H2 +2OH− 2H2O + 2Br− -- > H2 +2OH− + Br2 Br− Br−
- 24. Pt cathode - 0.83 H2O H+ SO4 2− anode + 1.23 H+ SO4 2− 0 + 2.01 H+ H2O H+ H2 2H+ + 2e- → H2 H2O H2O SO4 2− O2 , H+ H2O -- > ½ O2 +2H+ + 2e H2O -- > ½ O2 + H2
- 25. แบบฝึกหัด สารละลายที่ใช้แยก ด้วยไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์ที่แอโนด(+) ผลิตภัณฑ์ที่แคโทด(-) KI MgBr2 LiCl H2(g), OH- H2(g), OH- H2(g), OH - I2(g) Br2(g) O2(g), H+
- 27. 1. การผลิตโลหะโซเดียม ใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า Down Cell อุปกรณ์ 1. แหล่งจ่ายไฟ 2. cathode :เหล็ก anode : แกร์ไฟต์ 3. NaCl หลอมเหลว Anode : 2 Cl− Cl2(g)+ 2e− Cathode : 2 Na++ 2e − 2Na(l) ปฏิกิริยารวม : 2 Cl− + 2 Na+ Cl2(g) + 2Na(l)
- 28. 2 การผลิตโลหะอะลูมิเนียม (กระบวนการฮอล) ในธรรมชาติพบอะลูมิเนียมในรูปสารประกอบ เช่น แร่บอกไซต์ มี Al2O32H2O ร้อยละ 85 โดยมวล เมื่อนามาแยกสิ่งเจือปนออกแล้วเผา ที่อุณหภูมิ 120OC จะได้อะลูมินาที่ไม่มีน้า ผลึกคือ Al2O3 เป็นวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต อะลูมิเนียม การผลิตอะลูมิเนียมมี 2 วิธี ดังนี้
- 29. 4.2 การผลิตโลหะอะลูมิเนียม (กระบวนการฮอล) วิธีที่ 1 ถลุงแร่บอกไซต์ด้วยความร้อนแล้วรีดิวซ์ Al2O3 เพื่อให้ได้อะลูมิเนียม แต่ วิธีนี้หาตัวรีดิวซ์ที่เหมาะสมยาก วิธีที่ 2 แยกด้วยกระแสไฟฟ้า นาAl2O3 ซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูง 2045 OC มาผสมกับแร่ไครโอไลต์ Na3AlF6 ที่ หลอมเหลว จะได้ของผสมหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่าลงและนาไฟฟ้าได้ สามารถนาไป แยกด้วยกระแสไฟฟ้าที่อุณหภูมิประมาณ 1000 OC ไม่นิยม
- 30. การผลิตโลหะอะลูมิเนียม (กระบวนการฮอล) อุปกรณ์ 1. แหล่งจ่ายไฟ 2. cathode :แผ่นคาร์บอน anode : แท่งคาร์บอน 3. Al2O3 ผสม cryolite Anode : 3O2− 3/2O2(g)+ 6e¯ Cathode : 2Al3++ 6e¯ 2Al(l) แก๊สออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะทาปฏิกิริยากับคาร์บอนที่แอโนด ได้ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่เป็น CO2 ดังสมการ C(s) + O2(g) → CO2(g) ปฏิกิริยารวม : Al2O3(l) + 3C(s)→ Al(l) + CO2(g)
- 31. 3 การผลิตโลหะแมกนีเซียม น้าทะเล Mg(OH)2 OH ¯ HCl เคี่ยวให้แห้ง MgCl2 นาไปใช้ในเซลล์ อิเล็กโทรไลต์
- 32. อุปกรณ์ 1. แหล่งจ่ายไฟ 2. graphite electrode 3. MgCl2 anode : 2Cl− Cl2 (g) + 2e- cathode : Mg2+ + 2e- Mg (l) ปฏิกิริยารวม : 2Cl− + Mg2+ Mg(l) + Cl2(g)
- 33. 4. การผลิตโลหะทองแดงและการทาให้บริสุทธิ์ อุปกรณ์ 1. แหล่งจ่ายไฟ 2. cathode : Cu บริสุทธิ์ anode : Cu ไม่บริสุทธิ์ 3. CuSO4 + H2SO4
- 34. Anode : Cu Cu2+ + 2e- Fe Fe2+ + 2e- Zn Zn 2+ + 2e- Cathode : Cu 2+ + 2e - Cu(บริสุทธิ์99.95%)
- 35. 5. การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า(Electroplating) ขั้วแอโนด: โลหะที่ใช้ชุบ ขั้วแคโทด: โลหะที่ต้องการชุบ สารละลายอิเล็กโทรไลต์: สารละลายที่มีไอออนของโลหะที่ ใช้เป็นแอโนด ไฟฟ้า: กระแสตรง ประโยชน์ เพื่อความสวยงาม เพื่อป้องกันสนิม
- 36. ตัวอย่าง การชุบช้อนโลหะด้วยเงิน อุปกรณ์ 1. แหล่งจ่ายไฟ 2. cathode : ช้อนโลหะ anode : แผ่น Ag 3. AgNO3 ขั้วแอโนด(Ag) : Ag(s) Ag+(aq) + e– ขั้วแคโทด(ช้อน) : Ag+(aq) + e– Ag(s)