The Electrolysis of Aqueous NaClThe

The Electrolysis of Aqueous NaCl

The figure below shows an idealized drawing of a cell in which an aqueous solution of sodium chloride is electrolyzed.

diagram

Once again, the Na+ ions migrate toward the negative electrode and the Cl- ions migrate toward the positive electrode. But, now there are two substances that can be reduced at the cathode: Na+ ions and water molecules.

Cathode (-):
Na+ + e- ----> Na Eored = -2.71 V
2 H2O + 2 e- ----> H2 + 2 OH- Eored = -0.83 V
Because it is much easier to reduce water than Na+ ions, the only product formed at the cathode is hydrogen gas.

Cathode (-): 2 H2O(l) + 2 e- ----> H2(g) + 2 OH-(aq)
There are also two substances that can be oxidized at the anode: Cl- ions and water molecules.

Anode (+):
2 Cl- ----> Cl2 + 2 e- Eoox = -1.36 V
2 H2O ----> O2 + 4 H+ + 4 e- Eoox = -1.23 V
The standard-state potentials for these half-reactions are so close to each other that we might expect to see a mixture of Cl2 and O2 gas collect at the anode. In practice, the only product of this reaction is Cl2.

Anode (+): 2 Cl- ----> Cl2 + 2 e-
At first glance, it would seem easier to oxidize water (Eoox = -1.23 volts) than Cl- ions (Eoox = -1.36 volts). It is worth noting, however, that the cell is never allowed to reach standard-state conditions. The solution is typically 25% NaCl by mass, which significantly decreases the potential required to oxidize the Cl- ion. The pH of the cell is also kept very high, which decreases the oxidation potential for water. The deciding factor is a phenomenon known as overvoltage, which is the extra voltage that must be applied to a reaction to get it to occur at the rate at which it would occur in an ideal system.

Under ideal conditions, a potential of 1.23 volts is large enough to oxidize water to O2 gas. Under real conditions, however, it can take a much larger voltage to initiate this reaction. (The overvoltage for the oxidation of water can be as large as 1 volt.) By carefully choosing the electrode to maximize the overvoltage for the oxidation of water and then carefully controlling the potential at which the cell operates, we can ensure that only chlorine is produced in this reaction.

In summary, electrolysis of aqueous solutions of sodium chloride doesn't give the same products as electrolysis of molten sodium chloride. Electrolysis of molten NaCl decomposes this compound into its elements.

electrolysis
2 NaCl(l) ----> 2 Na(l) + Cl2(g)
Electrolysis of aqueous NaCl solutions gives a mixture of hydrogen and chlorine gas and an aqueous sodium hydroxide solution.

electrolysis
2 NaCl(aq) + 2 H2O(l) ----> 2 Na+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g) + Cl2(g)
Because the demand for chlorine is much larger than the demand for sodium, electrolysis of aqueous sodium chloride is a more important process commercially. Electrolysis of an aqueous NaCl solution has two other advantages. It produces H2 gas at the cathode, which can be collected and sold. It also produces NaOH, which can be drained from the bottom of the electrolytic cell and sold.

graphic

The dotted vertical line in the above figure represents a diaphragm that prevents the Cl2 produced at the anode in this cell from coming into contact with the NaOH that accumulates at the cathode. When this diaphragm is removed from the cell, the products of the electrolysis of aqueous sodium chloride react to form sodium hypo-chlorite, which is the first step in the preparation of hypochlorite bleaches, such as Chlorox.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Electrolysis ของ NaCl อควีรูปด้านล่างแสดงการวาดภาพ idealized ของเซลล์ซึ่ง electrolyzed การละลายของโซเดียมคลอไรด์ไดอะแกรมอีกครั้ง ประจุ Na + ย้ายไปไฟฟ้าลบ และประจุ Cl ย้ายไปไฟฟ้าบวก แต่ มีสองสารที่สามารถลดที่แคโทด: Na + ประจุและโมเลกุลของน้ำแคโทด (-): Na + + e ----> นา Eored =-2.71 V 2 H2O + 2 e ----> H2 + 2 OH-Eored =-0.83 Vเพราะมันง่ายมากที่จะลดน้ำกว่า Na + ประจุ ผลิตภัณฑ์เฉพาะที่เกิดขึ้นที่แคโทดเป็นก๊าซไฮโดรเจนแคโทด (-): 2 H2O(l) + 2 e ----> H2(g) + 2 OH-(aq)นอกจากนี้ยังมีสารที่สองที่สามารถออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก: Cl-ประจุ และโมเลกุลของน้ำขั้วบวก (+): Cl 2 ----> Cl2 + 2 e-Eoox =-1.36 V ---> 2 H2O O2 4 H + + 4 e-Eoox =-1.23 Vศักยภาพมาตรฐานสถานะสำหรับปฏิกิริยาครึ่งเหล่านี้อยู่นั้นใกล้กันที่เราอาจคาดว่าจะเห็นส่วนผสมของ Cl2 และเก็บก๊าซ O2 ที่ขั้วบวก ในทางปฏิบัติ ผลิตภัณฑ์เฉพาะของปฏิกิริยานี้คือ Cl2ขั้วบวก (+): Cl 2 ----> Cl2 + 2 e -อย่างรวดเร็วก่อน มันดูเหมือนง่ายต่อการออกซิไดซ์น้ำ (Eoox =โวลต์-1.23) กว่า Cl-ประจุ (Eoox =โวลต์-1.36) ได้เร็ว ๆ นี้ อย่างไรก็ตาม ว่า เซลล์ไม่สามารถบรรลุเงื่อนไขมาตรฐานรัฐ การแก้ปัญหาโดยปกติ 25% NaCl โดยมวล ซึ่งศักยภาพที่จำเป็นในการออกซิไดซ์ Cl-ไอออนลดลงอย่างมีนัยสำคัญ PH ของเซลล์จะยังเก็บสูงมาก ซึ่งลดการออกซิเดชันอาจน้ำ ตัวคูณ deciding คือ ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า overvoltage ซึ่งเป็นแรงเสริมที่ต้องใช้กับปฏิกิริยาทำให้เกิดอัตราที่จะเกิดขึ้นได้ในระบบการสำรองห้องพักที่ภายใต้เงื่อนไขในอุดมคติ ศักยภาพของโวลต์ 1.23 คือใหญ่พอที่จะออกซิไดซ์น้ำก๊าซ O2 ภายใต้เงื่อนไขที่แท้จริง อย่างไรก็ตาม มันจะเป็นมากขนาดใหญ่แรงดันเริ่มต้นปฏิกิริยานี้ (Overvoltage การเกิดออกซิเดชันของน้ำได้ถึง 1 โวลต์) โดยเลือกอิเล็กโทรดเพื่อเพิ่ม overvoltage การเกิดออกซิเดชันของน้ำอย่างรอบคอบและระมัดระวังควบคุมศักยภาพที่เซลล์ทำงาน เราสามารถให้แน่ใจว่า คลอรีนเท่านั้นผลิตในปฏิกิริยานี้ในสรุป electrolysis อควีโซลูชั่นของโซเดียมคลอไรด์ไม่ให้ผลิตภัณฑ์เดียวกันเป็น electrolysis หลอมละลายโซเดียมคลอไรด์ Electrolysis หลอมละลาย NaCl decomposes สารประกอบนี้เป็นองค์ประกอบ electrolysis ---> 2 NaCl(l) 2 Na(l) + Cl2(g)Electrolysis อควี NaCl โซลูชันให้ส่วนผสมของไฮโดรเจน และแก๊สคลอรีน และโซลูชันการอควีโซเดียมไฮดรอกไซด์ electrolysis 2 NaCl(aq) + 2 H2O(l)---> 2 Na+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g) + Cl2(g)เนื่องจากความต้องการคลอรีนมีขนาดใหญ่กว่าความต้องการโซเดียม electrolysis อควีโซเดียมคลอไรด์เป็นสำคัญกระบวนการในเชิงพาณิชย์ Electrolysis การละลาย NaCl มีข้อดีอื่น ๆ 2 มันทำให้เกิดแก๊ส H2 ที่แคโทด ซึ่งสามารถรวบรวม และขาย นอกจากนี้มันยังผลิต NaOH ซึ่งสามารถระบายออกจากด้านล่างของเซลล์ electrolytic และขายกราฟิกแนวเส้นในภาพข้างบนแสดงถึงกะบังลมที่ป้องกัน Cl2 ที่ผลิตที่แอโนดในเซลล์นี้มาไปยังฝั่ง NaOH ที่สะสมที่แคโทด เมื่อกะบังลมนี้ถูกเอาออกจากเซลล์ electrolysis อควีของผลิตภัณฑ์ที่ตอบสนองการฟอร์มโซเดียม hypo ภูมิ-chlorite ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกในการเตรียมสารฟอกขาวไฮโป เช่น Chlorox

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

อิเล็กของน้ำโซเดียมคลอไรด์รูปด้านล่างแสดงให้เห็นถึงการวาดภาพที่เงียบสงบของเซลล์ในการที่สารละลายโซเดียมคลอไรด์เป็นอิเลคโทร. diagram โฆษณาอีกครั้งไอออน + นาโยกย้ายไปยังขั้วลบและไอออน Cl- โยกย้ายไปยังขั้วบวก แต่ตอนนี้มีสองสารที่สามารถลดลงได้ที่แคโทด: ไอออน + นาและโมเลกุลของน้ำ. แคโทด (-): นา + e-----> นา Eored = -2.71 V 2 H2O + 2 e- --- -> H2 + 2 OH- Eored = -0.83 V เพราะมันเป็นเรื่องง่ายที่จะลดน้ำมากกว่าไอออนนา + ผลิตภัณฑ์เดียวที่เกิดขึ้นที่แคโทดเป็นก๊าซไฮโดรเจน. แคโทด (-): 2 H2O (ลิตร) + 2 e- - ---> H2 (ช) + 2 OH- (AQ) นอกจากนี้ยังมีสารที่สามารถออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก. Cl- ไอออนและโมเลกุลของน้ำขั้วบวก (+): 2 Cl- ----> Cl2 + 2 e-Eoox = -1.36 V 2 H2O ----> O2 + 4 H + 4 e-Eoox = -1.23 V ศักยภาพรัฐมาตรฐานเหล่านี้ปฏิกิริยาครึ่งอยู่ใกล้กับแต่ละอื่น ๆ ที่เราอาจคาดหวังที่จะเห็น ส่วนผสมของก๊าซ Cl2 และ O2 เก็บที่ขั้วบวก ในทางปฏิบัติเพียงผลิตภัณฑ์เดียวของปฏิกิริยานี้เป็น Cl2. ขั้วบวก (+): 2 Cl- ----> Cl2 + 2 e- ได้อย่างรวดเร็วก่อนดูเหมือนจะง่ายต่อการออกซิไดซ์น้ำ (Eoox = -1.23 โวลต์) มากกว่า Cl - ไอออน (Eoox = -1.36 โวลต์) เป็นมูลค่า noting แต่ที่เซลล์จะไม่ได้รับอนุญาตให้เข้าถึงสภาวะมาตรฐาน การแก้ปัญหาคือโดยทั่วไป 25% โซเดียมคลอไรด์โดยมวลซึ่งลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่มีศักยภาพที่จำเป็นในการออกซิไดซ์ไอออน Cl- ค่าพีเอชของเซลล์จะถูกเก็บไว้ยังที่สูงมากซึ่งจะเป็นการลดการเกิดออกซิเดชันที่มีศักยภาพสำหรับน้ำ ปัจจัยในการตัดสินใจเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าซึ่งเป็นแรงดันพิเศษที่จะต้องนำไปใช้กับปฏิกิริยาที่จะได้ไปเกิดขึ้นในอัตราที่มันจะเกิดขึ้นในระบบที่เหมาะ. ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมที่มีศักยภาพของ 1.23 โวลต์เป็น ที่มีขนาดใหญ่พอที่จะออกซิไดซ์น้ำก๊าซ O2 ภายใต้เงื่อนไขจริง แต่ก็สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่มากที่จะเริ่มต้นปฏิกิริยานี้ (แรงดันไฟฟ้าสำหรับการเกิดออกซิเดชันของน้ำอาจจะมีขนาดใหญ่เป็น 1 โวลต์.) โดยระมัดระวังการเลือกขั้วไฟฟ้าเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับการเกิดออกซิเดชันของน้ำและแล้วอย่างการควบคุมที่มีศักยภาพที่เซลล์ดำเนินเราสามารถมั่นใจได้ว่าคลอรีนเพียงอย่างเดียวคือ ผลิตในปฏิกิริยานี้. โดยสรุปกระแสไฟฟ้าของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ไม่ให้ผลิตภัณฑ์เช่นเดียวกับกระแสไฟฟ้าของโซเดียมคลอไรด์ที่หลอมละลาย อิหลอมเหลวโซเดียมคลอไรด์สลายสารนี้เป็นองค์ประกอบของ. กระแสไฟฟ้า 2 โซเดียมคลอไรด์ (ลิตร) ----> 2 นา (ลิตร) + Cl2 (ช) กระแสไฟฟ้าของสารละลายโซเดียมคลอไรด์จะช่วยให้ส่วนผสมของไฮโดรเจนและก๊าซคลอรีนและโซดาไฟน้ำ วิธีการแก้ปัญหา. กระแสไฟฟ้า 2 โซเดียมคลอไรด์ (AQ) + 2 H2O (ลิตร) ----> 2 + นา (AQ) + 2 OH- (AQ) + H2 (ช) + Cl2 (ช) เนื่องจากความต้องการใช้คลอรีนมีขนาดใหญ่กว่า ความต้องการสำหรับโซเดียมกระแสไฟฟ้าของโซเดียมคลอไรด์ในน้ำเป็นกระบวนการที่มีความสำคัญมากขึ้นในเชิงพาณิชย์ อิเล็กของการแก้ปัญหาโซเดียมคลอไรด์ในน้ำมีสองประโยชน์อื่น ๆ มันผลิตก๊าซ H2 ที่แคโทดซึ่งสามารถเก็บรวบรวมและขาย นอกจากนี้ยังผลิต NaOH ซึ่งสามารถระบายน้ำจากด้านล่างของเซลล์ไฟฟ้าและขาย. กราฟิกเส้นแนวตั้งประในรูปด้านบนหมายถึงไดอะแฟรมที่ป้องกันไม่ให้ Cl2 ผลิตที่ขั้วบวกในเซลล์นี้จากการเข้ามาติดต่อกับ NaOH ที่ สะสมที่แคโทด เมื่อไดอะแฟรมนี้จะถูกลบออกจากเซลล์ผลิตภัณฑ์ของกระแสไฟฟ้าของโซเดียมคลอไรด์ในน้ำตอบสนองต่อรูปแบบสำหรับผู้ที่เป็นโซเดียมคลอไรซึ่งเป็นขั้นตอนแรกในการจัดทำสารฟอกขาวไฮโปคลอไรต์เช่น Chlorox