บทท�� 13 ไฟฟ�าเคมี�

(Electrochemistry)

ภาควิ�ชาเคมี� คณะวิ�ทยาศาสตร์�มีหาวิ�ทยาลั�ย

เทคโนโลัย�มีหานคร์

Electrochemistry เกี่��ยวิข้�องกี่�บ redox reaction มี�กี่าร์เคลั"�อนย�ายข้องอ�เลั#กี่ตร์อน ( – ให� ร์�บ e-)

Oxidation : ให� e- ( เกี่�ดท�� anode)Reduction : ร์�บ e- ( เกี่�ดท�� cathode)

เช&น Oxidation : Zn (s) Zn2+(aq) + 2e- Reduction : Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)Overall : Zn (s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

Galvanic cells (Voltaic Cell): เป็(น electrochemical cell ค"อกี่าร์ผลั�ตไฟฟ�าจากี่ redox reaction โดยกี่าร์ให�อ�เลั#กี่ตร์อนถ่&ายเทผ&านต�วิน,าภายนอกี่ ให�กี่ร์ะแสไฟฟ�า ป็ร์ะกี่อบด�วิย

- แท&ง Zn จ.&มีใน ZnSO4 = anode - แท&ง Cu จ.&มีใน CuSO4 = cathode - มี� salt bridge ( สาร์ลัะลัาย KCl) ท,าให�คร์บวิงจร์

KCl (aq)

1.00 M ZnSO4(aq)1.00 M CuSO4(aq)

ศ�กี่ย�อ�เลั#กี่โทร์ดมีาตร์ฐาน (Standard Electrode Potentials)- จากี่ต�วิอย&าง Galvanic cell มี�ค&า emf = 1.10 V- ค&า emf (Electro motive force) ข้01นอย2&กี่�บ

1. ชน�ดข้อง redox reaction2. เป็(นผลัร์วิมีข้อง electrical potentials ข้อง 2 electrodes (Zn, Cu)

- ป็กี่ต�ค&า electrical potential ข้อง 1 electrode วิ�ดไมี&ได� ต�องใช� 2 electrodes โดยให�อ�กี่ electrode หน0�งมี�ค&า emf = 0.0 V เช&น ใช� hydrogen electrode เป็(นมีาตร์ฐาน (SHE) 2H+ (aq, 1M) + 2e- H2 (g, 1 atm) Eo = 0.0 V

เช&น ต�องกี่าร์หา potential ข้อง Zn - electrodeแผนภาพเซลัลั�: Zn(s) / Zn2+(aq, 1 M) // H+(aq, 1 M) / H2(g, 1 atm) / Pt(s)Anode : Zn (s) Zn 2+(aq, 1 M) + 2e- = ?

Cathode : 2H+(aq, 1 M) + 2e- H2(g, 1atm) = 0.0 V

Overall : Zn (s) + 2H+(aq, 1 M) Zn 2+(aq,1 M) + H2 (g, atm)

วิ�ดจากี่ Voltmeter Eocell = 0.76 V ท�� 25oC

Eocell = Eo

ox + Eored

0.76 = +

= 0.76 V “เร์�ยกี่ standard oxidation potential”

2+o

Zn/ZnE

+2

o

H/HE

2+o

Zn/ZnE +

2

o

H/HE

2+o

Zn/ZnE

ถ่�า H2 – electrode เป็(น cathode = 0.0 V electrode ค2&อ"�นเป็(น anode เช&น oxidation : Zn(s) Zn 2+(aq, 1 M) + 2e- = 0.76 V

ถ่�าเข้�ยนแบบreduction : Zn 2+(aq, 1 M) + 2e- Zn (s) = - 0.76 V

กี่าร์เข้�ยน standard electrode potential น�ยมีเข้�ยนเป็(น reduction

เร์�ยกี่วิ&า standard reduction potential ( Eo )

สามีาร์ถ่หาค&า standard reduction potential ข้อง electrode ท.กี่ต�วิ โดยเท�ยบกี่�บ H2 – electrode

2+o

Zn/ZnE

2+o

Zn /ZnE

เช&น ต�องกี่าร์หา potential ข้อง Cu-electrodeแผนภาพเซลัลั�: Pt(s) / H2(g, 1 atm) / H+(aq, 1 M) // Cu2+(aq, 1 M) / Cu(s)Anode : H2(g, 1 atm) 2H+ (aq, 1 atm) + 2e- = 0.0 V

Cathode : Cu2+(aq, 1 atm) + 2e- Cu(s) = ?

Overall : H2(g, 1 atm) + Cu2+(aq, 1 atm) 2H+ (aq, 1 atm) + Cu(s)

วิ�ดจากี่ Voltmeter Eocell = 0.34 V ท�� 25oC

Eocell = E0

ox + E0red

0 .34 = 0.0 +

ด�งน�1นจะได�ศ�กี่ย�ไฟฟ�ามีาตร์ฐานข้องทองแดงเท&ากี่�บ 0.34 V แลัะ standard reduction potential ค"อ = +0.34 V

+2

o

H/HE

2+o

Cu /CuE

2+o

Cu /CuE

2+o

Cu /CuE

ตาร์างท�� 1 Standard Reduction Potentials at 25oC*

Half reaction Eo (V)

Ca2+(aq) + 2e- Ca(s)

-2.87

Na+(aq) + e- Na(s)

-2.71

Zn2+(aq) + 2e- Zn(s)

-0.76

Cd2+(aq) + 2e- Cd(s)

-0.40

Co2+(aq) + 2e- Co(s)

-0.28

2H+(aq) + 2e- H2(g)

0.00

Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)

+0.34

Ag+(aq) + e- Ag(s)

+0.80

Cl2(g) + 2e- 2Cl-(aq)

+1.36

Au3+(aq) + 3e- Au(s)

+1.50

Co3+(aq) + e- Co2+(aq)

+1.82

ควิามีแร์งข้องต�วิออกี่ซ�ไดซ�

ควิามีแร์งข้องต�วิร์�ด�วิซ�

ข้�อส�งเกี่ต1. เป็(นค&า standard = 25oC ควิามีเข้�มีข้�น 1 M หร์"อ ควิามีด�น 1 atm2. electrode เป็(น anode ถ่�า Eo = - ve โดย H2 - electrode (cathode)

electrode เป็(น cathode ถ่�า Eo = + ve โดย H2 - electrode (anode)3. Eo ต�ดลับมีากี่ แป็ลัวิ&า เป็(น reducing agent มีากี่ ให� e- ด�กี่วิ&า

ต�ดลับน�อย แป็ลัวิ&า เป็(น reducing agent น�อย ให� e- น�อยกี่วิ&า4. Eo บวิกี่มีากี่ แป็ลัวิ&า เป็(น oxidizing agent มีากี่ ร์�บ e- ด�กี่วิ&า

บวิกี่น�อย แป็ลัวิ&า เป็(น oxidizing agent น�อย ร์�บ e- น�อยกี่วิ&า

กี่ฎแนวิทแยง (Diagonal Rule) ภายใต�สภาวิะมีาตร์ฐาน สาร์ท��อย2&ทางด�านซ�ายข้องคร์0�งป็ฏิ�กี่�ร์�ยาใดๆ

จะท,าป็ฏิ�กี่�ร์�ยาได�เองกี่�บสาร์ท��อย2&ทางด�านข้วิาข้องป็ฏิ�กี่�ร์�ยาท��อย2&เหน"อข้01นไป็ ในตาร์างท�� 1 เช&น

สาร์ท��อย2&ด�านลั&างซ�ายข้องคร์0�งป็ฏิ�กี่�ร์�ยาค"อ Cu2+ ส&วินสาร์ท��อย2&ด�านบนข้วิาข้องคร์0�งป็ฏิ�กี่�ร์�ยาค"อ Zn

ด�งน�1น Zn จ0งสามีาร์ถ่ร์�ด�วิซ� Cu2+ เกี่�ดเป็(น Zn2+ แลัะ Cu ได�เอง

Eocell = Eo

ซ�าย – Eo

ข้วิา

Half reaction Eo (V)

Zn2+(aq) + 2e- Zn(s)

-0.76

Cu2+(aq) + 2e- Cu (s)

+0.34

ต�วิอย&างท�� 1 จงเร์�ยงลั,าด�บ oxidizing agent ต&อไป็น�1 จากี่มีากี่ไป็น�อย Co3+, Ag+, Sn2+, Al3+, MnO4

-

Half reaction Eo (V)

Al3+(aq) + 3e- Al(s) -1.66

Sn2+(aq) + 2e- Sn (s) -0.14

Ag+(aq) + e- Ag(s) +0.80

MnO4-(aq) + 8H+(aq) +

5e- Mn2+(aq) + 4H2O +1.51

Co3+(aq) + e- Co2+

(aq) +1.82

ควิามีแร์งข้องต�วิออกี่ซ�ไดซ�

จะได� Co3+ > MnO4- > Ag+ > Sn2+ > Al3+

ค&า Eo น�อย (ต�ดลับมีากี่) เป็(น reducing agent ท��ด� ให� e-

ค&า Eo มีากี่ (บวิกี่มีากี่) เป็(น oxidizing agent ท��ด� ร์�บ e-

ต�วิอย&างท�� 2 จงค,านวิณหาค&า Eocell เมี"�อเซลัไฟฟ�ามี�Mg electrode ใน 1.0 M Mg(NO3)2 ,

Ag electrode ใน 1.0 M AgNO3

Half reaction Eo (V)

Mg2+(aq) + 2e- Mg(s)

-2.37

Ag+(aq) + e- Ag(s)

+0.80

Anode : Mg(s) Mg2+(aq, 1 M) + 2e- Eo = +2.37 VCathode : 2[Ag+ (aq, 1 M) + e- Ag(s)] Eo = +0.80 V 2Ag+(aq, 1 M) + 2e- 2Ag(s) Eo = +0.80 VOverall : Mg(s) + 2Ag+(aq, 1 M) Mg2+(aq, 1 M) + 2Ag(s)

Eocell = 2.37 + 0.80 = +3.17 V เป็(น spontaneous

กี่าร์ค2ณจ,านวินโมีลั ไมี&มี�ผลัต&อ Eo

กี่าร์เกี่�ดได�เองข้องป็ฏิ�กี่�ร์�ยาร์�ดอกี่ซ� (Spontaneity of Redox Reactions): ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาร์�ดอกี่ซ� จะเกี่�ดได�เองหร์"อไมี&ต�องพ�จาร์ณาจากี่ thermodynamics ค"อ

G = free energy change= Wmax = พลั�งงานท��เป็ลั��ยนข้องร์ะบบ= Welec = พลั�งงานไฟฟ�า= - nFEo

cell

Go = - nFEocell

F ค"อ ค&าคงท��ฟาร์าเดย� มี�ค&าเท&ากี่�บ 96,500 ค2ลัอมีบ�n ค"อ จ,านวินอ�เลั#กี่ตร์อน

Go เป็(นลับ ค&า n , F เป็(นบวิกี่ Eo ต�องเป็(นบวิกี่

จากี่ Go = - RT ln K

- nFEocell = - RT ln K

Eocell =

Eocell = log K

RTln k

nF

0.059n

ต�วิอย&างท�� 3 จงท,านายวิ&าป็ฏิ�กี่�ร์�ยาต&อไป็น�1เกี่�ดข้01นในสาร์ลัะลัายในน,1าท�� 25 oC ได�หร์"อไมี& สมีมีต�วิ&าไอออนท.กี่ชน�ดมี�ควิามีเข้�มีข้�นเร์��มีต�น 1.0 M

3.1 Ca(s) + Cd2+(aq) Ca2+(aq) + Cd(s)

Half reaction Eo (V)

Ca2+(aq) + 2e- Ca(s)

-2.87

Cd2+(aq) + 2e- Cd (s)

-0.40

Anode : Ca(s) Ca2+(aq) + 2e- Eo = +2.87 VCathode : Cd2+(aq) + 2e- Cd(s) Eo = -0.40 V

Overall : Ca(s) + Cd2+(aq) Ca2+(aq) + Cd(s)

Eocell = 2.87 + (-0.40) = +2.47 V เป็(น spontaneous

3.2 2Br-(aq) + Sn2+(aq) Br2(l) + Sn(s)

Half reaction Eo (V)

Sn2+(aq) + 2e- Sn (s)

-0.14

Br2(l) + 2e- 2Br-(aq)

+1.07

Anode : 2Br-(s) Br2(l) + 2e- Eo = -1.07 VCathode : Sn2+(aq) + 2e- Sn(s) Eo = -0.14 V

Overall : 2Br-(aq) + Sn2+(aq) Br2(l) + Sn(s)

Eocell = -1.07 + (-0.14) = -1.21 V เป็(น non-spontaneous

ต�วิอย&างท�� 4 จงค,านวิณค&า K ข้องป็ฏิ�กี่�ร์�ยาน�1ท�� 25oC Sn(s) + 2Cu2+(aq) Sn2+(aq) + 2Cu+(aq)

Half reaction Eo (V)

Sn2+(aq) + 2e- Sn (s)

-0.14

Cu2+(aq) + e- Cu+(aq)

+0.15

oxidation : Sn(s) Sn2+(aq) + 2e- Eo = +0.14 Vreduction : 2Cu2+(aq) + 2e- 2Cu+(aq) Eo = +0.15 V

overall : Sn(s) + 2Cu2+(aq) Sn2+(aq) + 2Cu+(aq)

Eocell= +0.14 + 0.15 V = 0.29 V

จากี่ Eocell = log K

log K =

=

= 9.8 K = 6 109

0.059nocellnE

0.059(2)(0.29)

0.059

ต�วิอย&างท�� 5 จงค,านวิณ standard free energy change (Go) 2Au(s) + 3Ca2+(aq, 1 M) 2Au3+(aq, 1 M) + 3Ca(s)

oxidation : 2Au(s) 2Au3+(aq, 1 M) + 6e- Eo = -1.50 Vreduction : 3Ca2+(aq, 1 M) + 6e- 3Ca(s) Eo = -2.87 Voverall : 2Au(s) + 3Ca2+(aq, 1 M) 2Au3+(aq, 1 M) + 3Ca(s)

Eocell = -1.50 + (-2.87) = -4.37 V

Half reaction Eo (V)

Ca2+(aq) + 2e- Ca(s)

-2.87

Au3+(aq) + 3e- Au(s)

+1.50

จากี่ Go = - nFEocell

= - (6)(96,500)(-4.37) = +2.53 106 J Go เป็(นบวิกี่มีากี่ ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาเป็(น non–spontaneous reaction

ต�วิอย&างท�� 6 จงค,านวิณ Go ข้องป็ฏิ�กี่�ร์�ยาต&อไป็น�1ท�� 25oC 2Al3+(aq) + 3Mg(s) 2Al(s) + 3Mg2+(aq)

Half reaction Eo (V)

Mg2+(aq) + 2e- Mg(s)

-2.37

Al3+(aq) + 3e- Al(s)

-1.66

oxidation : 3Mg(s) 3Mg2+(aq) + 6e- Eo = +2.37 Vreduction : 2Al3+(aq) + 6e- 2Al(s) Eo = -1.66 Voverall : 2Al(s) + 3Mg2+(aq) 2Al(s) + 3Mg2+(aq)

Eocell = +2.37 + (-1.66) = +0.71 V

จากี่ Go = - nFEocell

= -(6)(96,500)(+0.71) = -4.11 105 J Go เป็(นลับมีากี่ ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาเป็(น spontaneous reaction

สมีกี่าร์เน�ร์�นสท� (Nernst Equation)- เคร์"�องหมีาย ( o ) ค"อ ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาท�� standard state : 1 M , 1 atm , 25oC- แต&ป็กี่ต�แลั�วิป็ฏิ�กี่�ร์�ยาจะมี�ควิามีเข้�มีข้�นไมี&เท&ากี่�บ 1 M เสมีอไป็

Eo หร์"อ emf จะเป็ลั��ยนตามีควิามีเข้�มีข้�น aA + bB cC + dDK =

จากี่ thermodynamics (free energy change) G = Go + RT lnQ

เมี"�อ G = - nFE แลัะ Go = - nFE0 - nFE = - nFEo + RT lnQ

E = Eo - log Q

ท�� 25 oC E = Eo - log K

c d

a b

[C][D][A][B]

2.303RTnF

0.059n

ท�� equilibrium ไมี&มี�กี่าร์ถ่&ายเทอ�เลั#กี่ตร์อน (E = 0, Q = K)

0 = Eo - log K

Eo = log K

Eo = log K เหมี"อนสมีกี่าร์เด�มี

2.303RTnF

2.303RTnF

0.059n

ต�วิอย&างท�� 7 จากี่สมีกี่าร์ Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s) Nernst’s equation; E = Eo - log

ถ่�า = 1 , log = 0 E = Eo

< 1, log ต�ดลับ E > Eo

> 1, log เป็(นบวิกี่ E < Eo

2+

2+

[Zn ][Cu ]

0.0592

2+

2+

[Zn ][Cu ]

2+

2+

[Zn ][Cu ]

2+

2+

[Zn ][Cu ]

2+

2+

[Zn ][Cu ]

2+

2+

[Zn ][Cu ]

2+

2+

[Zn ][Cu ]

ต�วิอย&างท�� 8 จงท,านายป็ฏิ�กี่�ร์�ยาวิ&าเกี่�ดเองได�หร์"อไมี& ท�� 298 KCo(s) + Fe2+(aq) Co2+(aq) + Fe(s)

โดย [Fe2+] = 0.68 M , [Co2+] = 0.15 M Half reaction Eo

(V)

Fe2+(aq) + 2e- Fe (s)

-0.4 4

Co2+(aq) + 2e- Co (s)

-0.28

oxidation : Co(s) Co2+(aq) + 2e- Eo = +0.28 Vreduction : Fe2+(aq) + 2e- Fe(s) Eo= -0.44 Voverall : Co(s) + Fe2+(aq) Co2+(aq) + Fe(s)

Eocell = +0.28 + (-0.44) = -0.16 V

ค&า Eocell ต�ดลับ เกี่�ดเองไมี&ได� ตามีท�ศทางท��เข้�ยน

Nernst’s equation; E = Eo - log

= - 0.16 - log

= - 0.16 + 0.019 = - 0.14 V

0.0592

2+

2+

[Co ][Fe ]

0.0592

[0.15 M][0.68 M]

เซลัลั�ควิามีเข้�มีข้�น (Concentration Cells) ค&า E แป็ร์ตามีควิามีเข้�มีข้�น ions

สามีาร์ถ่สร์�าง cell จากี่ half reaction 2 ชน�ด ท��มี�ค&า E ต&างกี่�น หร์"อ สร์�าง cell จากี่ half reaction ข้อง ions ชน�ดเด�ยวิกี่�น

แต&มี�ควิามีเข้�มีข้�นต&างกี่�น เร์�ยกี่วิ&า “concentration cells”

ZnSO4

1.0 M ZnSO4 0.1 M ZnSO4

Zn dissolves from anode

Zn platesOnto cathode

Zn is oxidized to Zn2+

Making this half-cell more concentrated

Zn2+ is reduced to ZnMaking this half-cell more diluted

ต�วิอย&างท�� 9 เมี"�อจ. &มี Zn อ�เลั#กี่โทร์ดลังในสาร์ลัะลัาย ZnSO4 ท��มี�ควิามีเข้�มีข้�น 0.1 M แลัะ 1.0 M

ตามีแผนภาพเซลัลั�ต&อไป็น�1 : Zn(s) / Zn2+(aq, 0.1M) // Zn2+(aq, 1.0M) / Zn(s) จงค,านวิณหาค&าศ�กี่ย�ไฟฟ�าข้องเซลัลั�ควิามีเข้�มีข้�นด�งกี่ลั&าวิ

oxidation : Zn (s) Zn2+(aq, 0.1 M) + 2e- reduction : Zn2+(aq, 1.0 M) + 2e- Zn(s)

overall : Zn2+(aq, 1.0 M) Zn2+(aq, 0.1 M)

reduction เกี่�ดท�� Zn2+ = 1.0 M ไมี&ใช& 0.1 M เพร์าะตามีหลั�กี่ข้องLe Chatelier ถ่�า [Zn2+] ส2ง reduction จะเกี่�ดมีากี่ข้01น

0.059n

[dil.] [conc.]

E = - log

E = Eo - log

Eo = 0 เพร์าะเป็(น electrode ชน�ดเด�ยวิกี่�น

E = 0 - log

= 0.0296 V

ค&า E เป็(น บวิกี่ ด�งน�1นป็ฏิ�กี่�ร์�ยาเกี่�ดข้01นได�เอง

โดยมี�อ�เลั#กี่ตร์อนถ่&ายเทจากี่ควิามีเข้�มีข้�นข้อง Zn2+ จางกี่วิ&า (0.1 M) ไป็ย�งท��มี�ควิามีเข้�มีข้�นส2งกี่วิ&า (1.0 M) โดยจะท,าให� Zn2+ 0.1 M เพ��มีข้01นเร์"�อยๆ

แต& Zn2+ 1.0 M จะลัดลัง จนมี�ป็ร์�มีาณเท&ากี่�น (Ecell = 0)

0.0592

2+

dil2+

conc.

Zn Zn

0.0592

0.1 1.0

ต�วิอย&างท�� 10 จงค,านวิณ emf ข้องเซลัลั�ควิามีเข้�มีข้�นต&อไป็น�1Mg(s) / Mg2+ (aq, 0.2 M) // Mg2+ (aq, 0.4 M) / Mg(s)

E = - log

= - log

E = 8.88 x 10-3

0.059n

[dil.] [conc.]

0.0592

[0.2] [0.4]

ค&า E เป็(น บวิกี่ ด�งน�1นป็ฏิ�กี่�ร์�ยาเกี่�ดข้01นได�เอง

กี่าร์แยกี่สลัายด�วิยไฟฟ�า (Electrolysis): กี่ร์ะบวินกี่าร์ท��ใช�พลั�งงานไฟฟ�า ท,าให�เกี่�ดป็ฏิ�กี่�ร์�ยา ซ0�งป็กี่ต�เกี่�ดเองไมี&ได� (non-spontaneous): กี่ร์ะบวินกี่าร์ย�อนกี่ลั�บข้อง electrochemical cell: ใช�ป็ร์ะโยชน�ในอ.ตสาหกี่ร์ร์มี extraction, purification

1. Electrolysis ข้องNaCl หลัอมีเหลัวิ

ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาท�� electrode ท�1งสอง ค"อAnode (oxidation) : 2Cl- Cl2(g) + 2e-

Cathode (reduction) : 2Na+ + 2e- 2Na(l)Overall : 2Na+ + 2Cl- 2Na(l) + Cl2(g)

2. Electrolysis ข้อง H2O

ภายใต�สภาวิะป็กี่ต� (1 atm, 25 oC) น,1าไมี&อาจแยกี่สลัายออกี่เป็(น แกี่:สไฮโดร์เจนแลัะออกี่ซ�เจนได�เอง เพร์าะป็ฏิ�กี่�ร์�ยาน�1มี�กี่าร์เป็ลั��ยนแป็ลัง

พลั�งงานอ�สร์ะเป็(นบวิกี่มีากี่2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) Go = 474.4 kJ

อย&างไร์กี่#ตามี อาจท,าให�ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาน�1เกี่�ดข้01นได�โดยแยกี่สลัายน,1าด�วิยไฟฟ�า ด�งร์2ป็ ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาน�1เกี่�ดข้01นได�ด�ถ่�าใช�สาร์ลัะลัาย 0.1M H2SO4

เพร์าะมี�ไอออนอย2&มีากี่พอท��จะน,าไฟฟ�าได�Anode (oxidation): 2H2O(l) O2(g) + 4H+(aq) + 4e-

Cathode (reduction): 4[H+(aq) + e- H2(g)]

Overall : 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)

1

2

3. Electrolysis ข้องสาร์ลัะลัาย NaCl

ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาออกี่ซ�เดช�นท��อาจเกี่�ดข้01นท��แอโนด ได�แกี่&1) 2H2O(l) O2(g) + 4H+

(aq) + 4e-

2) 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e-

จากี่กี่าร์ทดลัองพบวิ&าแกี่:สท��เกี่�ดข้01นท��แอโนดค"อCl2 ไมี&ใช& O2 ด�งน�1น ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาออกี่ซ�เดช�นท��เกี่�ดข้01นท��

แอโนด ได�แกี่& สมีกี่าร์ท�� 1 ส,าหร์�บป็ฏิ�กี่�ร์�ยาร์�ด�คช�นท��อาจเกี่�ดข้01นท��แคโทด

ได�แกี่&3) Na+(aq) + e- Na(s)

Eo = -2.71 V4) 2H2O(l) + 2e- H2(g)

+ 2OH-(aq) Eo = -0.83 V5) 2H+(aq) + 2e- H2(g)Eo = 0.00 V

ป็ฏิ�กี่�ร์�ยา 3) มี�ค&า Eo เป็(นลับมีากี่ จ0งไมี&น&าจะเกี่�ดข้01นได� ภายใต�สภาวิะมีาตร์ฐาน

ป็ฏิ�กี่�ร์�ยา 5) ควิร์เกี่�ดข้01นได�ง&ายกี่วิ&า 4) อย&างไร์ กี่#ตามี ท�� pH 7 ( สาร์ลัะลัาย NaCl)

ท�1ง 4) แลัะ 5) อาจเกี่�ดข้01นได�ง&ายพอกี่�น เร์ามี�กี่ ถ่"อวิ&า ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาท��แคโทด ค"อ 4) เพร์าะ H+ มี�ควิามีเข้�มีข้�นต,�า (1 x 10-7 M)

ป็ฏิ�กี่�ร์�ยา 5) จ0งเกี่�ดยากี่กี่วิ&า

ด�งน�1น ป็ฏิ�กี่�ร์�ยาท��เกี่�ดข้01นในกี่าร์แยกี่สลัายสาร์ลัะลัาย NaCl ด�วิยไฟฟ�า ค"อanode (oxidation) : 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e-

cathode (reduction) : 2H2O(l) + 2e- H2(g) + 2OH-(aq)

overall : 2H2O(l) + 2Cl-(aq) H2(g) + Cl2(g) + 2OH-(aq)

นอกี่จากี่จะได� H2 กี่�บ Cl2 เป็(นผลั�ตภ�ณฑ์�แลั�วิ เมี"�อน,าสาร์ลัะลัายท��เหลั"อ ไป็ร์ะเหยให�แห�งจะได� NaOH เป็(นผลัพลัอยได�อ�กี่ด�วิย

กี่าร์ค,านวิณเกี่��ยวิกี่�บ electrolysis

กี่ร์ะแส (แอมีแป็ร์�) แลัะเวิลัา

ป็ร์ะจ. เป็(นค2ลัอมีบ�

จ,านวิน ฟาร์าเดย�

จ,านวินโมีลัข้องสาร์ท��ถ่2กี่ร์�ด�วิซ� หร์"อออกี่ซ�ไดซ�

จ,านวินกี่ร์�มีข้องสาร์ท��ถ่2กี่ร์�ด�วิซ� หร์"อออกี่ซ�ไดซ�

ต�วิอย&างท�� 12 ในกี่าร์เกี่�ด electrolysis ข้อง molten MgCl2 โดยใช�กี่ร์ะแสไฟฟ�า จ,านวิน 0.452 A แลัะเวิลัา 1.5 hr จงหาป็ร์�มีาณ (g) ข้องสาร์ผลั�ตภ�ณฑ์�ท��เกี่�ดข้01น

(Mg, Cl2)

เข้�ยน cell reaction : MgCl2(s) Mg2+(aq) + 2Cl- (aq) Anode : 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e-

Cathode : Mg2+(aq) + 2e- Mg(s)

Overall : Mg2+(aq) + 2Cl-(aq) Mg(s) + Cl2(g)

Half reaction Eo (V)

Mg2+(aq) + 2e- Mg(s)

-2.37

Cl2(g) + 2e- 2Cl-(aq)

+1.36

เป็ลั��ยน 0.452 A ใน 1.5 hr. จ,านวินโมีลั e-

1) Q (C) = I (Amperes) t (second)= (0.452 A)(1.5 60 60 วิ�นาท�) = 2.44 103 C

2) C F (1F = 96500 C)= F

3) F mole product ( ใช� 2 e- หร์"อ 2 F ในกี่าร์ผลั�ต 1 mole ข้อง Mg, Cl2)

=

32.44 × 10 96500

3 2.44 × 10 96500 × 2

4) mole g

Mg มี�มีวิลัอะตอมี 24 น,1าหน�กี่ Mg = 24 = 0.303 g

Cl มี�มีวิลัอะตอมี 35.5 (Cl2 = 35.5 2 = 71)

น,1าหน�กี่ Cl2 = 71 = 0.898 g

3 2.44 × 10 96500 × 2

3 2.44 × 10 96500 × 2

หร์"อค,านวิณจากี่ส2ตร์ น.น. สาร์ (กี่ร์�มี) = I × t × MW = 0.452 1.5 60 60 24

e- × 96,500 2 96,500