Esercizi sull’elettrolisi in pillole: calcolo della quantità di sostanza prodotta o consumata, calcolo del tempo

Per risolvere gli esercizi sull’elettrolisi bisogna conoscere le leggi di Faraday.
La quantità di sostanza prodotta o consumata nel corso di un’elettrolisi dipende da tre fattori:

• Intensità di corrente elettrica espressa in ampere (A = Coulomb/s)
• Tempo dell’elettrolisi (s)
• Numero di elettroni necessari a produrre o consumare una mole di sostanza

Le equazioni che mettono in relazione questi fattori sono:

• Ampere ∙ tempo = Coulomb
• 96500 Faraday = 1 Coulomb
• 1 Faraday = 1 mole di elettroni

Esercizi

Calcolo della quantità di sostanza prodotta o consumata

Per ottenere la quantità di sostanza prodotta o consumata bisogna:

• Scrivere la semireazione di ossidazione o di riduzione
• Calcolare il numero di moli di elettroni coinvolti
• Calcolare le moli di sostanza prodotta o consumata agli elettrodi
• Convertire le moli in grammi

Una corrente di 40.0 A viene fatta fluire in una soluzione di Fe³⁺ per 10 ore. Calcolare la quantità di ferro ottenuta al catodo

• Fe³⁺ + 3 e^– → Fe
• 10 h = 36000 s

40.0 A ∙ 36000 s = 1.44 ∙ 10⁶ Coulomb

1.44 ∙ 10⁶ Coulomb ( 1 Faraday/96500 Coulomb) = 14.9 Faraday

• 9 Faraday ( 1 mole di Fe/ 3 moli di elettroni) = 4.97 moli di Fe
• 97 mol ∙ 55.847 g/mol= 278 g

Calcolo del tempo richiesto

Per calcolare il tempo necessario affinché si depositi una certa quantità di sostanza ad un elettrodo bisogna:

• Trasformare i grammi in moli
• Scrivere la semireazione di ossidazione o di riduzione
• Calcolare il numero di moli di elettroni necessarie
• Convertire le moli in Coulomb
• Calcolare il tempo richiesto utilizzando l’equazione t = Coulomb/Ampere

Calcolare il tempo necessario per ottenere 25.00 g di zinco da una soluzione contenente Zn²⁺ quando viene fatta passare una corrente di 20.0 A

Moli di zinco = 25.00/65.39 g/mol = 0.3823
Zn²⁺ + 2 e^– → Zn
0.3823 moli di Zn ( 2 moli di e^–/ 1 mole di Zn) = 0.7646
0.7646 moli di e^– (1 Faraday/1 mole di e^–) = 0.7646 F
0.7646 F ∙ 96500 Coulomb/ 1 F =73784 C
t = 73784 C/ 20.0 A = 3689 s

Calcolo della corrente necessaria

Per calcolare la corrente necessaria affinché si depositi una certa quantità di sostanza ad un elettrodo bisogna:

• Calcolare la quantità di sostanza che deve essere prodotta o consumata in moli
• Scrivere la semireazione di ossidazione o di riduzione
• Calcolare il numero di moli di elettroni necessarie
• Convertire le moli in Coulomb
• Calcolare il tempo richiesto utilizzando l’equazione i = Coulomb/s

Calcolare la corrente necessaria per ottenere 400.0 L di idrogeno gassoso in condizioni standard dall’elettrolisi dell’acqua in un’ora

Poiché a STP 1 mole di gas occupa un volume di 22.4 L si ha:
moli di H₂ = 400.0 L ∙ 1 mole/22.4 L = 17.9

La semireazione di riduzione dell’acqua è: 2 H₂O + 2 e^– → H₂ + 2 OH^–
17.9 moli ∙ 2 moli di e^–/1 mole di H₂ = 35.8 moli di e^–
35.8 moli di e^– (1 Faraday/1 mole di e^–) = 35.8 F
35.9 F ∙ 96500 Coulomb/ 1 F =3.45 ∙ 10⁶ C
1 h = 3600 s
i = 3.45 ∙ 10⁶ C/3600 s = 960 A