Elektrolyse-forsøg

Kemi B · STX · B-niveau · Eksperimentelt arbejde

🧪 Elektrolyse-forsøg

Elektrolyse = brug af elektrisk strøm til at FREMTVINGE en kemisk reaktion (modsat galvanisk celle hvor reaktion producerer strøm).

Setup: 2 elektroder (kathode + anode) i elektrolyt-opløsning. Strømkilde påtrykker spænding.

Princip: kationer (+) tiltrækkes af KATHODEN (-) → reduceres. Anioner (-) tiltrækkes af ANODEN (+) → oxideres.

Klassiske elektrolyser:

1.

Vand-elektrolyse: 2H₂O → 2H₂ + O₂.

Kathode: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻.

Anode: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻. Total: vand splittes til H₂ (2 vol.) + O₂ (1 vol.). Bruges til hydrogen-produktion (Power-to-X).

2.

NaCl-elektrolyse (chlor-alkali-processen): smeltet eller koncentreret.

Smeltet NaCl: kathode: Na⁺ + e⁻ → Na (metallisk). Anode: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻. Producerer rent natrium-metal (1807, Humphry Davy isolerede først).

Vandig NaCl-opløsning: kathode: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻. Anode: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻. Producerer H₂ + Cl₂ + NaOH. INDUSTRIEL produktion af klor + lud (NaOH).

3.

Aluminium-fremstilling (Hall-Héroult-processen): smeltet Al₂O₃ + cryolit. Kathode: Al³⁺ + 3e⁻ → Al. ENORMT energiforbrug — derfor bygges aluminium-fabrikker ved billig vandkraft (Norge, Island). 1 kg Al kræver 13 kWh elektricitet.

4.

Galvanisering (electroplating): tynd metalbelægning. Eks: forsølving af kobber-genstande. Sølv-anode → Ag⁺ → udfældes på objektet (kathode). Bruges til smykker, bestik, biler.

5.

Raffinering af kobber: råkobber-anode opløses, ren kobber dannes på kathode. **Faradays lov

Læringsmål

• Opstille en elektrolysecelle og identificere kathode (-) og anode (+)
• Beskrive elektrodereaktionerne ved elektrolyse af vand og vandig NaCl-opløsning
• Anvende Faradays lov til at beregne mængden af stof dannet ved elektroderne
• Forklare industrielle anvendelser af elektrolyse (klor-alkali, aluminium, galvanisering)
• Sammenligne elektrolyse og galvaniske celler med hensyn til energiretning

Sådan kan du arbejde med emnet

• Beskriv opstillingen af et elektrolyseforsøg med en saltvandsopløsning
• Forklar, hvad der sker ved elektroderne under elektrolysen
• Diskutér, hvordan man kan identificere de produkter, der dannes ved elektroderne

Eksperiment-forslag

• Udfør elektrolyse af vandig NaCl-opløsning, og opsaml gasserne ved kathode og anode — identificér dem.
• Elektrolysér vand med et Hofmann-apparat, og verificér at H₂:O₂-forholdet er 2:1.
• Galvanisér en kobbermønt med et tyndt lag sølv eller zink, og forklar elektrodereaktionerne.
• Beregn ud fra Faradays lov hvor meget kobber der afsættes ved en given strøm og tid.

Brobygning

Elektrolyse er den modsatte proces af galvaniske celler — sammenlign med "Galvaniske celler (batterier)" fra redoxkemi.