ELETTROLISI IN SOLUZIONE ACQUOSA - IODURO DI POTASSIO ( KI), ACIDO SOLFORICO (H2SO4), SOLFATO DI RAME (CuSO4), CLORURO DI SODIO (NaCl)

ELETTROLISI IN SOLUZIONE ACQUOSA

SCOPO: verificare sperimentalmente l'elettrolisi di :

cloruro di sodio ( NaCl)

acido solforico (H₂SO₄)

solfato di rame (CuSO₄)

ioduro di potassio (KI)

MATERIALI :

1. quattro apparecchi di Hoffmann ;
2. imbuto;
3. alimentatore corrente elettrica;
4. provette ;
5. fiammiferi ; 
6. ioduro di potassio (KI) ;
7. acido solforico ( H₂SO₄) ;
8. cloruro di sodio ( NaCl) ;
9. solfato di rame (CuSO₄) ;
10. acqua distillata (H₂O) ;
11. fenoftaleina ;

VOLTAMETRO DI HOFFMANN: E' un apparecchio in vetro usato per l'elettrolisi, costituito da un tubo centrale munito in alto di palloncino di livello, che comunica con due provette graduate nelle quali si introducono gli elettrodi e si raccolgono i gas svolti durante la reazione .

Nella cella elettrolitica l'anodo è il polo in cui avviene la reazione di ossidazione e il catodo è quello in cui avviene la reazione di riduzione, è possibile quindi prevedere, quali possono essere i prodotti che si ottengono agli elettrodi di un elettrolisi di una data soluzione, in quanto sono quelli che richiedono il minor lavoro elettrico .

IODURO DI POTASSIO ( KI)

PROCEDIMENTO :

abbiamo versato la soluzione acquosa di KI nell'apparecchio di Hoffmann con elettrodi di grafite, utilizzando un imbuto, controllando che i rubinetti, posti alle due estremità superiori, fossero aperti, dopodichè li abbiamo chiusi ;

poi abbiamo aggiunto alla soluzione qualche goccia di fenoftaleina, un indicatore di pH che ha reso più evidente la reazione;

infine abbiamo collegato i due elettrodi dell'apparecchio ad un alimentatore di corrente continua e abbiamo osservato la reazione .

DISEGNO:

OSSERVAZIONI :

abbiamo osservato che al catodo, elettrodo negativo, la soluzione ha acquisito un colore rosa per la presenza di ioni OH^-  , prima chiaro poi più intensa ed è avvenuta la produzione di un gas ; all'anodo invece il colore del liquido è diventato giallo, poi più scuro fino ad assumere un colore marrone vicino all'elettrodo ;

questo è avvenuto perché nella soluzione erano presenti gli ioni K⁺ e I^- che, dopo il collegamento alla corrente, sono migrati agli elettrodi di segno opposto facendo avvenire l'elettrolisi dello ioduro di potassio;

presentazione della situazione ai due elettrodi :

ANODO +    CATODO -

Ambiente basico    Ambiente acido

Colore giallo  Colore rosa

I^- E° = 0,53v K⁺ E°= - 2,93v

H₂O E°= 1,23v H₂O E°= - 0,83v

Ossidazione dello iodio:    Riduzione dell'acqua :

2 I^- à I₂ + 2 e^- 2 H₂O + 2e^- à H₂ + 2OH^-

il colore marrone all'anodo è dovuto al depositarsi dello iodio che produce il tipico colore della tintura di iodio ;

al termine dell'esperienza abbiamo voluto verificare la produzione, al catodo, di idrogeno(H₂) . Per fare ciò abbiamo posizionato una provetta rovesciata all'imboccatura del tubo del catodo e abbiamo aperto il rubinetto facendo uscire il gas; poi, tenendo la provetta capovolta ( l'idrogeno è un gas molto leggero e in caso contrario sarebbe fuoriuscito) abbiamo avvicinato la fiamma di un fiammifero all'apertura di questa facendo avvenire una reazione che ha provocato uno scoppio. L'idrogeno ha reagito con l'ossigeno presente nell'aria formando del vapore acqueo sulle pareti della provetta ;

ACIDO SOLFORICO (H₂SO₄)

PROCEDIMENTO :

abbiamo versato la soluzione acquosa di H₂SO₄ nell'apparecchio di Hoffmann con elettrodi di platino, utilizzando un imbuto, controllando che i rubinetti ,posti alle due estremità superiori, fossero aperti,dopodichè li abbiamo chiusi .

abbiamo poi collegato i due elettrodi dell'apparecchio ad un alimentatore di corrente continua e abbiamo osservato la reazione ;

DISEGNO:

OSSERVAZIONI :

abbiamo osservato che al catodo, elettrodo negativo, si crea un effervescenza dovuta alla liberazione di H⁺ ; all'anodo invece si liberano piccole bolle e numerose ed il livello del liquido è più basso ;

nella soluzione erano presenti gli ioni H⁺ e SO₄^- che, dopo il collegamento della corrente, sono migrati agli elettrodi di segno opposto facendo avvenire l'elettrolisi dell'acido solforico ;

presentazione della situazione ai due elettrodi :

ANODO +  CATODO -

SO₄^2- E^°= 2,01v H⁺ E^°= 0v

H₂O E^° = 1,23v H₂O E^°= - 0,83v

Ossidazione dell'acqua :    Riduzione dell'idrogenione:

2H₂O à O₂  +4H⁺ +4e^- 2H⁺ + 2e^- à H₂

al termine dell'esperienza abbiamo voluto verificare la produzione, al catodo, di idrogeno (H₂). Per fare ciò abbiamo posizionato una provetta rovesciata all'imboccatura del tubo del catodo e abbiamo aperto il rubinetto facendo uscire il gas ; poi, tenendo la provetta rovesciata (l'idrogeno è un gas molto leggero e in caso contrario sarebbe fuoriuscito ) abbiamo avvicinato la fiamma di un fiammifero all'apertura di questa facendo avvenire una reazione che ha provocato uno scoppio . L'idrogeno (H₂) ha reagito con l'ossigeno (O₂) presente nell'aria formando vapore acqueo sulle pareti della provetta ;

per verificare all'anodo, la produzione di ossigeno(O₂)abbiamo posizionato una provetta rovesciata all'imboccatura del tubo dell'anodo e abbiamo aperto il rubinetto facendo uscire il gas; poi, tenendo la provetta rovesciata, abbiamo avvicinato la brace di un fiammifero all'apertura di questa e osservato che la brace si ravviva perché alimentata dall'ossigeno.

SOLFATO DI RAME (CuSO₄)

PROCEDIMENTO :

abbiamo versato la soluzione acquosa di (CuSO₄) nell'apparecchio di Hoffmann, utilizzando un imbuto, controllando che i rubinetti posti alle due estremità superiori, fossero aperti, dopodichè li abbiamo chiusi ;

poi abbiamo aggiunto alla soluzione qualche goccia di fenoftaleina, un indicatore di pH che ha reso più evidente la reazione;

infine abbiamo collegato i due elettrodi dell'apparecchio ad un alimentatore di corrente continua e abbiamo osservato la reazione .

DISEGNO:

OSSERVAZIONI:

abbiamo osservato che al catodo, elettrodo negativo, prevale il rame(Cu) poiché ha potenziale di riduzione più alto dell'acqua (H₂O), dunque si deposita il metallo e la soluzione da blu intenso iniziale diventa più chiara ;

all'anodo invece prevale l'acqua che si ossida e si sviluppa ossigeno(O₂) sotto forma di bollicine fitte e piccole;

presentazione della situazione ai due elettrodi :

ANODO +   CATODO -

SO₄^2-    E°= 2,01v Cu²⁺ E°= 0,34v

H₂O E°= 1,23v H₂O E°= - 0,83v

Ossidazione dell'acqua :  Riduzione del rame:

2H₂Oà O₂ + 4H⁺ + 4e^- Cu²⁺ + 2e^- à Cu

per verificare all'anodo, la produzione di ossigeno(O₂)abbiamo posizionato una provetta rovesciata all'imboccatura del tubo dell'anodo e abbiamo aperto il rubinetto facendo uscire il gas; poi, tenendo la provetta rovesciata, abbiamo avvicinato la brace di un fiammifero all'apertura di questa e osservato che la brace si ravviva perché alimentata dall'ossigeno.

CLORURO DI SODIO (NaCl)

PROCEDIMENTO :

abbiamo versato la soluzione acquosa di NaCl nell'apparecchio di Hoffmann con elettrodi di grafite, utilizzando un imbuto, controllando che i rubinetti, posti alle due estremità superiori, fossero aperti, dopodichè li abbiamo chiusi ;

poi abbiamo aggiunto alla soluzione qualche goccia di fenoftaleina, un indicatore di pH che ha reso più evidente la reazione;

infine abbiamo collegato i due elettrodi dell'apparecchio ad un alimentatore di corrente continua e abbiamo osservato la reazione .

DISEGNO:

OSSERVAZIONI :

abbiamo osservato che al catodo, elettrodo negativo, la soluzione ha acquisito un colore rosa-viola per la presenza di ioni OH^- , prima chiaro poi più intenso ed è avvenuta la produzione di un gas; all'anodo invece si libera H⁺ ; nella soluzione erano presenti gli ioni Cl^- e Na⁺ che, dopo il collegamento alla corrente, sono migrati agli elettrodi di segno opposto dove hanno ceduto o acquistato gli elettroni necessari per tornare alle condizioni naturali ;

presentazione della situazione ai due elettrodi :

ANODO +   CATODO -

2Cl^- E^°= 1,36v Na⁺ E^°= - 2,71v

H₂O E^°= 1,23v H₂O E^°= - 0,83v

Ossidazione dell'acqua :   Riduzione dell'acqua :

2H₂Oà O₂ + 4H⁺ + 4e^-  2H₂O + 2e^- à H₂  + 2 OH^-

abbiamo verificato la produzione, al catodo, di idrogeno ( H₂) . Per fare ciò abbiamo posizionato una provetta rovesciata all'imboccatura del tubo del catodo e abbiamo aperto il rubinetto facendo uscire il gas ; poi, tenendo una provetta rovesciata ( l'idrogeno è 1 gas molto leggero e in caso contrario sarebbe fuoriuscito) abbiamo avvicinato la fiamma di un fiammifero all'apertura di questa facendo avvenire una reazione che ha provocato uno scoppio . L'idrogeno ha reagito con l'ossigeno presente nell'aria formando del vapore acqueo sulle pareti della provetta ;

all'anodo si possono ossidare sia lo ione Cl^-, sia l'acqua (H₂O); gli elettroni vengono sempre sottratti alla specie che li cede più facilmente, nel nostro caso tra cloro e acqua, il potenziale inferiore è quello dell'acqua, ma per una certa difficoltà dell'ossigeno a svilupparsi su un elettrodo di grafite, viene favorita la liberazione di cloro.

Questo lo si può facilmente notare, prelevando parte del liquido della colonna dell'anodo e si verifica che l'odore è quello tipico del cloro.

CONCLUSIONI: Abbiamo raggiunto gli obiettivi prefissati, ovvero verificare sperimentalmente l'elettrolisi dello ioduro di potassio (KI), dell'acido solforico (H₂SO₄), del cloruro di sodio(NaCl), e del solfato di rame (CuSO₄) .

Abbiamo osservato dunque i diversi comportamenti di reazione delle sostanze esaminate.