Elettrolisi K2SO4: volume gas che si sviluppano agli elettrodi

[davidedesantis]

Calcolare i volumi dei gas che si sviluppano agli elettrodi, quando una soluzione acquosa di K2SO4 (2M) viene sottoposta ad elettrolisi per 1h con una corrente di 15 A.

E°(O2,H+ / H2O)= 1.23 V ; E°(S2O8^2-)=2.01V ; E°(H2O/H2,OH-)= - 0.828 V ; E°(K+/K)= - 2.936V

Io anche da esercizi già visti non riesco bene a capire come usare i seguenti potenziali, quali scartare e perchè. Allora però possiamo dire che siamo in soluzione acquosa, quindi gli ioni positivi sono H+ e K+ mentre quelli negativi sono OH- e SO4^2-. Quelli positivi sono attratti verso il catodo, con polarità negativa a causa delle sorgente elettrica, mentre quello negarivi dall'anodo che è positivo. Le semireazione quali sono?

Magari siccome al catodo avviene la riduzione, il potenziale da usare è il primo, essendo il suo valore positivo?

E se all'anodo avviene l'ossidazione, chi si ossida tra OH- e SO4^2-? quello con potenziale più negativo? Come si fa a scegliere tra questi e capire le semireazioni quali sono? E°(S2O8^2-)=2.01V ; E°(H2O/H2,OH-)= - 0.828 V

[DNAnna]

Quando viene fatta passare la corrente elettrica la sostanza elettrolitica in acqua si dissocia in ioni positivi e negativi, gli ioni positivi vengono attratti dal catodo (cioè dal polo negativo) e acquistando elettroni si riducono, mentre gli ioni negativi vengono attratti dall’anodo e cedendo elettroni si ossidano.
Ciò che avviene è l'elettrolisi dell'acqua (K2SO4 funge solo da elettrolita):
catodo (-) 2H2O + 2e- -> H2(g) + 2OH
anodo (+) 6H2O -> O2(g) + 4e- +4H3O+
Il numero di equivalenti di idrogeno sarà uguale al numero di equivalenti di ossigeno
sviluppati all'altro elettrodo.

Possibili reazioni all’anodo:

2H2O --> 4H+ + 4e- + O2
Ered = E° + 0,059/4*Log( (10^-7)^4 * 1) = 0.817 V

possibili reazione al catodo:

2H2O + 2e- <-- --> H2 + 2OH-
Ered = E° - 0,059/2*Log( (10^-7)^2 * 1) = -0,415V

K+ + e- ---> K
Ered = E° + 0,059*Log(2*2) = -2,900 V

-0.415 - 0.817 = -1.232

-2.900 - 0.817 = - 3.717

E minore = -0.415 - 0.817 = -1.232
all'anodo: 2H2O --> 4H+ + 4e- + O2
al catodo: 2H2O + 2e- <-- --> H2 + 2OH-
Quindi:
n eqH2 = n eq O2 = i*t/F => 15 A * (1*3600)s / 96485 C/eq = 0,559 eq = 0,559mol
Inoltre n eqH2 = 2* n H2 e n eqO2 = 4*n O2 poiché gli elettroni scambiati al catodo e
all'anodo sono 2 e 4 rispettivamente.
Di conseguenza le moli di H2 saranno il doppio di quelle di O2, anche il volume di H2 sarà due volte quello dell'O2.


O2 all'anodo:
O2 : e = 1 : 4
O2 = e/4
O2= 0.56/4 = 0,14 mol
V(O2) = 0.14mol * 22.4L/mol = 3.1L

H2 al catodo:
H2 : e = 1 : 2
H2 = e/2 = 0,56/2 = 0,28mol ==> V(H2) = 0.28mol * 22.4L/mol = 6,3L

[davidedesantis]

perchè all'anodo è possibile solo quella reazione? Inoltre

2H2O --> 4H+ + 4e- + O2
Ered = E° + 0,059/4*Log( (10^-7)^4 * 1) = 0.817 V

perchè ( (10^-7)^4 * 1)? la specie ridotta perchè non c'è?

Grazie mille

ps: nel testo c'è un errore sarebbe E°(S2O8^2-/SO4^2-)=2.01V

K+ + e- ---> K
Ered = E° + 0,059*Log(2*2) = -2,900 V

invece di Log(2*2) non sarebbe solo Log(2) ?