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Esercizi svolti sull’elettrochimica (II)

Elettrochimica: Risoluzione di Esercizi Svolti

Molti esercizi di elettrochimica si riferiscono a problemi attinenti all’, un processo tramite il quale l’ si converte in mediante reazioni non spontanee. Per la risoluzione di esercizi sulla trattazione quantitativa dell’elettrolisi ci si avvale delle . Queste leggi stabiliscono che la massa di un elemento depositata agli elettrodi è proporzionale alla quantità di elettricità che passa nella soluzione, e che le masse di diversi elementi depositati dalla stessa quantità di elettricità sono proporzionali ai loro grammo-equivalenti.

Nei casi più semplici di questi esercizi, vengono forniti il tempo e la corrente erogata. Nei casi più complessi, invece, bisogna tener conto del pH, della sovratensione di deposito e di altre grandezze.

Esercizio 1


Una soluzione acquosa di AuCl3 viene elettrolizzata con una corrente costante di 1.50 A. È depositato 1.30 g di oro metallico al catodo, e si sviluppa ossigeno gassoso all’anodo. Si devono calcolare: (a) la massa di ossigeno ottenuto; (b) il corrispondente volume di ossigeno a STP; (c) il numero di coulomb passati; (d) il tempo di durata dell’elettrolisi.

Esercizio 2


Si deve calcolare il tempo necessario affinché si depositino al catodo 4.00 g di antimonio metallico sottoponendo a elettrolisi una soluzione di tricloruro di antimonio SbCl3 con una corrente costante di 4.00 A.

Esercizio 3


Una soluzione acquosa di NaCl viene elettrolizzata per 4 ore e mezza con un’intensità di corrente pari a 40 mA usando un catodo di e un anodo di grafite. Si vuole calcolare la quantità di cloro che si sviluppa all’anodo della cella nei due casi: (a) rendimento di corrente 100%; (b) rendimento di corrente 80%.

Esercizio 4


In una cella elettrolitica è contenuta una soluzione a pH = 2.0 che è 0.010 M in ioni Cu2+, 0.10 M in ioni Cd2+ e 1.0 M in ioni Ag+, sottoposta ad elettrolisi con due elettrodi di platino. Si deve indicare l’ordine di scarica catodica dei cationi coinvolti e calcolare la tensione minima Vd che deve essere applicata agli elettrodi della cella affinché inizi la riduzione catodica degli ioni Ag+ alla temperatura di 25°C.

Esercizio 5


Sottoponendo a elettrolisi una soluzione acquosa acida contenente ioni Cd2+ e ioni Ni2+ tutti in concentrazione 1.0 M, si vuole verificare se avviene la codeposizione catodica cadmio + nichel prima che tutti gli ioni Cd2+ siano stati ridotti al catodo.

In tutti questi esercizi, vengono applicate le leggi di Faraday e le equazioni appropriate per risolvere i problemi di elettrochimica.

Elettrolisi di una soluzione acquosa di MgBr2 a pH=0:

Calcolo della tensione minima

Nell’elettrolisi di una soluzione acquosa di sali, il calcolo della tensione minima da applicare alla cella elettrolitica è un processo fondamentale. In questo contesto, verrà analizzata l’elettrolisi di una soluzione acquosa di MgBr2 a pH=0.

Le specie chimiche presenti nella soluzione includono Mg2+; Br; H+; OH; H2O.

Le reazioni catodiche di riduzione possibili sono:
– a) Mg2+ + 2 e → Mg, con potenziale standard E° = -2.38 V
– b) 2 H+ + 2 e → H2 gas, con potenziale standard E° = 0.00 V
– c) 2 H2O + 2 e → H2 gas + 2 OH, con potenziale standard E° = -0.83 V

Le reazioni anodiche di ossidazione possibili sono:
– d) 2 Br → Br2 + 2 e, con potenziale standard E° = 1.09 V
– e) 4 OH → O2 gas + 2 H2O + 4 e, con potenziale standard E° = 0.40 V
– f) 2 H2O → O2 gas + 4 H+ + 4 e, con potenziale standard E° = 1.229 V

In condizioni fortemente acide, la reazione catodica più probabile è quella di riduzione degli ioni H+, mentre quella anodica più probabile è l’ossidazione degli ioni Br.

Pertanto, la tensione minima richiesta per elettrolizzare la soluzione di MgBr2 a pH=0 sarà Vt = Ean – Ecat = 1.09 – 0.00 = 1.09 V.

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