VIII.8.2. Electroliza apei.

Deoarece concentraţia ionilor proveniți din disocierea apei este mică (10^–7 mol/L), apa conduce slab curentul electric şi electroliza se desfăşoară cu viteză foarte mică, practic procesul neputând fi observat.

Pentru a mări conductibilitatea electrică a apei, se acidulează apa cu H₂SO₄ sau se alcalinizează cu NaOH.

Dispozitivul în care se realizează în laborator electroliza apei se numeşte electrolizor Hoffman şi este alcătuit din doi electrozi din grafit sau platină, un vas din sticlă în formă de H cu două compartimente, anodic şi catodic, unite printr-un compartiment central, conductori metalici care leagă electrozii de sursa de curent electric continuu şi aparatele de măsură (ampermetrul pentru măsurarea intensităţii curentului electric, voltmetrul pentru determinarea tensiunii în circuit).

Reacția de ionizare a apei este:

2H₂O ⇄ H₃O⁺ + HO^-

H₂O ⇄ H⁺ + HO^- (simplificat)

Catod (-) : H⁺ + 1 ē → H (reacție principală)
H + H → H₂ ↑ (reacție secundară)

Anod (+) : HO^- → HO (reacție principală)
HO + HO → H₂O + 1/2 O₂ ↑ (reacție secundară)

👀 Experiment: Electroliza apei
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Acidul sulfuric este caustic!

Materiale necesare:
2 eprubete, apă, electrolizor,chibrit, acid sulfuric diluat, baterie, mănuși chirurgicale, așchie de brad.

Descrierea experimentului:

• Pune în electrolizor (vas de electroliză cu doi electrozi de grafit) apă și adaugă puțin acid sulfuric, pentru a o face conductoare (apa pură este izolatoare ).
• Umple cele două eprubete tot cu apă acidulată, ca în electrolizor și pune-le pe fiecare electrod, astfel încât să nu se verse apa din ele .
• Leagă cei doi electrozi la o baterie și așteaptă până când în eprubete apa este înlocuită de două gaze.
• Vino cu o așchie de brad care are câteva puncte incandescente deasupra anodului (electrodului pozitiv, legat la borna plus a bateriei).
• Ce observi ?

  La anod se degajă oxigen, care aprinde așchia de brad cu puncte incandescente.

• Vino cu un chibrit aprins deasupra catodului (electrodului negativ, legat la borna minus a bateriei).
• Ce observi ?

  La catod se degajă hidrogen, care arde în prezența oxigenului din aer cu o pocnitură.

Concluzia experimentului:

🔓 Problemă rezolvată

1. O soluţie de H₂SO₄ este supusă electrolizei timp de 50 minute, sub un curent de intensitate 10 A. Ce volum de O₂, respectiv de H₂, se obţine în condiţii normale ?

Rezolvare:

3H₂O (l) → ½ O₂ (g) + 2H₃O+ (aq) + 2ē (reacție de oxidare)

Deoarece pentru obţinerea a ½ moli O₂ sunt implicaţi 2 ē, pentru 1 mol O₂ vor fi implicaţi 4 ē, deci n = 4.

Pentru a afla nr. de moli de O₂, aplicăm legea lui Faraday și formula nr. de moli. Observăm că masa molară a oxigenului se reduce și obținem:

Volumul de oxigen obținut este :
V = 0,077 moli ⋅ 22,4 L/mol = 1,724 L de O₂

Deoarece este o electroliză în mediu acid, H₂ se obţine la catod prin reducerea ionilor hidroniu :
2H₃O⁺ (aq) + 2 ē → 2H₂O (l) + H₂ (g) (reacție de reducere)

În acest caz sunt implicaţi 2 ē pentru obținerea 1 mol H₂, deci n = 2.

Volumul de hidrogen obținut este :
V = 0,155 moli ⋅ 22,4 L/mol = 3,472 L de H₂