| Central | Suplementar |
|---|---|
| 1 Definir eletrólise como a decomposição de um composto iônico, quando fundido ou em solução aquosa, pela passagem de corrente elétrica | 8 Descrever a transferência de carga durante a eletrólise para incluir: (a) o movimento de elétrons no circuito externo (b) a perda ou ganho de elétrons nos eletrodos (c) o movimento de íons no eletrólito |
| 2 Identificar em células eletrolíticas simples: (a) o ânodo como o eletrodo positivo (b) o cátodo como o eletrodo negativo (c) o eletrólito como a substância fundida ou aquosa que sofre eletrólise | |
| 3 Identificar os produtos formados nos eletrodos e descrever as observações feitas durante a eletrólise de: (a) brometo de chumbo(II) fundido (b) cloreto de sódio aquoso concentrado (c) ácido sulfúrico diluído usando eletrodos inertes de platina ou carbono/grafite | 9 Identificar os produtos formados nos eletrodos e descrever as observações feitas durante a eletrólise de sulfato de cobre(II) aquoso usando eletrodos inertes de carbono/grafite e quando usando eletrodos de cobre |
| 4 Declarar que metais ou hidrogênio são formados no cátodo e que não-metais (outros que hidrogênio) são formados no ânodo | |
| 5 Prever a identidade dos produtos em cada eletrodo para a eletrólise de um composto binário no estado fundido | 10 Prever a identidade dos produtos em cada eletrodo para a eletrólise de um composto halogeneto em solução aquosa diluída ou concentrada |
| 11 Construir semi-equações iônicas para reações no ânodo (para mostrar oxidação) e no cátodo (para mostrar redução) | |
| 6 Declarar que objetos metálicos são galvanizados para melhorar sua aparência e resistência à corrosão | |
| 7 Descrever como os metais são galvanizados |
Eletroquímica
Química do IGCSE · Tópico 4
10:25
Eletrólise
A eletricidade pode fazer algo incrível: ela pode desmontar um composto. Passe uma corrente por um composto fundido ou dissolvido, e ele se divide em seus elementos.…
Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas
4.1
Eletrólise
Programa
Fonte: Programa Cambridge International
Eletrólise 电解 é a decomposição (decomposition 分解) de um composto iônico 离子化合物 — quando está fundido 熔融 ou em solução aquosa 水溶液 — passando uma corrente elétrica 电流 através dele.
Só funciona quando a substância está fundida ou dissolvida, porque então os íons 离子 estão livres para se mover e carregar a corrente. Um composto iônico sólido não pode ser eletrolisado porque seus íons estão travados no lugar.
A célula eletrolítica
A configuração é chamada de célula eletrolítica 电解池. Dois eletrodos 电极 (condutores sólidos) mergulham no eletrólito 电解质 — a substância fundida ou aquosa sendo decomposta.
- O ânodo 阳极 é o eletrodo positivo ($+$).
- O catodo 阴极 é o eletrodo negativo ($-$).
Os eletrodos são frequentemente inertes 惰性 (não reagem), como platina 铂 ou carbono/grafite 石墨.
O que é formado em cada eletrodo
Existe uma regra simples:
- Metais 金属 ou hidrogênio 氢气 são formados no cátodo.
- Não-metais 非金属 (exceto hidrogênio) são formados no ânodo.
Para soluções aquosas, o produto pode depender se a solução é diluída 稀 ou concentrada 浓. Aqui estão os três exemplos centrais:
| Eletrólito | No cátodo ($-$) | No ânodo ($+$) |
|---|---|---|
| brometo de chumbo(II) fundido, $\text{PbBr}_2$ | chumbo 铅 (líquido prateado) | bromo 溴 (vapor vermelho-acastanhado) |
| cloreto de sódio aquoso concentrado | hidrogênio (bolhas de gás) | cloro 氯气 (gás verde-claro) |
| ácido sulfúrico diluído sulfuric acid 硫酸 | hidrogênio (bolhas de gás) | oxigênio 氧气 (bolhas de gás) |
Exemplo resolvido. Preveja os produtos da eletrólise do cloreto de zinco fundido, $\text{ZnCl}_2$. Como está fundido, apenas íons de zinco e íons de cloreto estão presentes - não há água para complicar as coisas. O zinco é um metal, então forma-se no cátodo: $\text{Zn}^{2+}$ íons ganham elétrons e zinco prateado aparece. O cloro é um não-metal, então forma-se no ânodo: gás cloro verde-claro borbulha para fora. Sempre verifique o estado primeiro. Um composto fundido simplesmente fornece seus próprios dois elementos, enquanto um aquoso traz a água para a competição - é por isso que a solução de cloreto de sódio concentrada dá hidrogênio no cátodo em vez de sódio.
Como a carga se move
Durante a eletrólise:
- Elétrons 电子 movem-se através dos fios (o circuito externo 外电路) a partir da fonte de alimentação.
- No cátodo, íons positivos ganham elétrons. Ganhar elétrons é redução 还原.
- No ânodo, íons negativos perdem elétrons. Perder elétrons é oxidação 氧化.
- Dentro do eletrólito, os íons movem-se: íons positivos vão para o cátodo e íons negativos vão para o ânodo.
Você pode escrever uma equação de semirreação 半反应式 para cada eletrodo. Para o brometo de chumbo(II) fundido:
$$\text{Pb}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Pb} \quad (\text{cathode, reduction})$$
$$2\text{Br}^{-} \rightarrow \text{Br}_2 + 2e^{-} \quad (\text{anode, oxidation})$$
Eletrólise de sulfato de cobre(II)
O produto no ânodo depende do eletrodo:
- Com eletrodos de carbono inertes: cobre 铜 forma-se no cátodo e oxigênio forma-se no ânodo. A cor azul da solução desbota lentamente à medida que o cobre é removido.
- Com eletrodos de cobre: cobre forma-se no cátodo, enquanto o próprio ânodo dissolve-se na solução. A cor azul permanece a mesma. Isso é usado para purificar o cobre.
Galvanoplastia
Galvanoplastia 电镀 significa cobrir um objeto metálico com uma fina camada de outro metal. Isso melhora sua aparência e sua resistência à corrosão 腐蚀 (ferrugem e desgaste).
Para galvanoplastiar um objeto:
- o objeto a ser revestido torna-se o cátodo;
- o metal de revestimento torna-se o ânodo;
- o eletrólito é uma solução contendo íons do metal de revestimento.
Explorar
Dentro de uma célula de eletrólise
Escolha um eletrólito e observe os iões moverem-se: iões positivos para o cátodo, iões negativos para o ânodo.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| electrolysis/ɪlekˈtrɒləsɪs/ | 电解 | diàn jiě |
| decomposition/ˌdiːkɒmpəˈzɪʃn/ | 分解 | fēn jiě |
| ionic compound/aɪˈɒnɪk ˈkɒmpaʊnd/ | 离子化合物 | lí zi huà hé wù |
| molten/ˈməʊltn/ | 熔融 | róng róng |
| aqueous/ˈeɪkwɪəs/ | 水溶液 | shuǐ róng yè |
| electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ | 电流 | diàn liú |
| ions/ˈaɪɒnz/ | 离子 | lí zi |
| electrolytic cell/ɪˌlektrəˈlɪtɪk sel/ | 电解池 | diàn jiě chí |
| electrodes/ɪˈlektrəʊdz/ | 电极 | diàn jí |
| electrolyte/ɪˈlektrəlaɪt/ | 电解质 | diàn jiě zhì |
| anode/ˈænəʊd/ | 阳极 | yáng jí |
| cathode/ˈkæθəʊd/ | 阴极 | yīn jí |
| inert/ɪˈnɜːt/ | 惰性 | duò xìng |
| platinum/ˈplætɪnəm/ | 铂 | bó |
| graphite/ˈɡræfaɪt/ | 石墨 | shí mò |
| metals/ˈmetlz/ | 金属 | jīn shǔ |
| hydrogen/ˈhaɪdrədʒn/ | 氢气 | qīng qì |
| non-metals/nɒn ˈmetlz/ | 非金属 | fēi jīn shǔ |
| dilute/daɪˈluːt/ | 稀 | xī |
| concentrated/ˈkɒnsəntreɪtɪd/ | 浓 | nóng |
| lead/liːd/ | 铅 | qiān |
| bromine/ˈbrəʊmaɪn/ | 溴 | xiù |
| chlorine/ˈklɔːriːn/ | 氯气 | lǜ qì |
| sulfuric acid/sʌlˈfjʊərɪk ˈæsɪd/ | 硫酸 | liú suān |
| oxygen/ˈɒksɪdʒn/ | 氧气 | yǎng qì |
| electrons/ɪˈlektrɒnz/ | 电子 | diàn zi |
| external circuit/ekˈstɜːnl ˈsɜːkɪt/ | 外电路 | wài diàn lù |
| reduction/rɪˈdʌkʃn/ | 还原 | huán yuán |
| oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ | 氧化 | yǎng huà |
| half-equation/hɑːf ɪˈkweɪʒn/ | 半反应式 | bàn fǎn yìng shì |
| copper/ˈkɒpə/ | 铜 | tóng |
| electroplating/ɪˌlektrəʊˈpleɪtɪŋ/ | 电镀 | diàn dù |
| corrosion/kəˈrəʊʒn/ | 腐蚀 | fǔ shí |
4.2
Pilhas a hidrogênio-oxigênio
Programa
| Central | Suplementar |
|---|---|
| 1 Declarar que uma pilha a combustível de hidrogênio-oxigênio usa hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade com água como único produto químico | 2 Descrever as vantagens e desvantagens do uso de pilhas a combustível de hidrogênio-oxigênio em comparação com motores a gasolina/petrol em veículos |
Fonte: Programa Cambridge International
Uma pilha a combustível 燃料电池 usa hidrogênio e oxigênio para gerar eletricidade diretamente. O único produto químico é a água.
$$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$$
É útil comparar uma pilha a combustível com um motor a gasolina normal em um veículo.
| Pilha a hidrogênio-oxigênio | Motor a gasolina | |
|---|---|---|
| Produto principal | apenas água | dióxido de carbono e poluentes 污染物 |
| Efeito no ar | limpo | aumenta a poluição do ar |
| Armazenamento de combustível | hidrogênio é difícil e perigoso de armazenar (inflamável, precisa de alta pressão) | gasolina é fácil de armazenar |
| Fonte | hidrogênio pode ser produzido usando combustíveis fósseis | obtida do petróleo bruto |
Vantagens da pilha a combustível: o único produto é a água, então não polui o ar, e ela converte energia química em eletricidade eficientemente. Desvantagens: o hidrogênio é difícil de armazenar e transportar com segurança, e produzir o hidrogênio ainda pode usar energia de combustíveis fósseis.
Explorar
Dentro de uma célula a combustível de hidrogênio-oxigênio
Passe por uma célula a combustível. Hidrogênio e oxigênio combinam para formar água, e a energia dessa reação é liberada como eletricidade — sem dióxido de carbono.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| fuel cell/ˈfjuːəl sel/ | 燃料电池 | rán liào diàn chí |
| pollutants/pəˈluːtənts/ | 污染物 | wū rǎn wù |
4.2
Dicas de prova
- No cátodo (negativo) você obtém um metal ou hidrogênio; no ânodo (positivo) você obtém um não-metal. Íons positivos movem-se para o cátodo, íons negativos para o ânodo.
- Um composto fundido apenas fornece seus dois elementos. Uma solução aquosa pode dar algo diferente (cloreto de sódio concentrado dá hidrogênio e cloro, não sódio).
- Redução é ganho de elétrons (no cátodo); oxidação é perda de elétrons (no ânodo). Lembre-se de OIL RIG.
- Em uma equação de semirreação os átomos e as cargas devem estar equilibrados, com os elétrons no lado correto: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cátodo).
- Para galvanoplastiar um objeto, torne-o o cátodo, torne o metal de revestimento o ânodo e use uma solução contendo íons do metal de revestimento.
Aulas interativas sobre este tópico
Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.