A sztöchiometria alapján tudjuk, hogy a negatív elektródon kétszer annyi mol $ \ ce {H} $ -ot termeltél, mint a pozitív elektródon $ \ ce {O} $. Néhány fontos dolgot azonban nem tudunk:
- Mekkora volt a végül összegyűjtött gázok tényleges térfogata? A térfogatot köztudottan nehéz szemmel megbecsülni, hacsak nem két azonos tartályban hasonlítja össze a szinteket. Tehát megfogadjuk a szavát, hogy "több" volt, de nem fogunk fogadni a 10-es tényezőre.
- Mi történt az oxigénnel és a hidrogénnel a víz megosztása után? Reagál?
- Mi volt még a vízben, ami reagálhatott? Tudjuk, hogy létezik $ \ ce {NaCl} $, de talán vannak más oldott vegyületek is?
Az 1. kérdésre itt nem igazán lehet választ adni - egyelőre a legjobb, amit tehetünk feltételezzük, hogy a hidrogén térfogata 2-10-szer nagyobb volt, mint az oxigéné. Ahhoz, hogy biztosan kiderüljön, egy újabb kísérletet kell elvégeznie fokozatos gyűjtőedények felhasználásával.
A 2. kérdésre részben válaszolhatunk. Ha az elektróda korrodálódott, akkor valami reagált - vagy klór, oxigén, vagy más bonyolultabb reakciókészlet. Körülbelül becslést kaphatunk az oxigén mennyiségéről, amelyet ez fel tud fogyasztani, feltételezve, hogy oxigén oxidálja. Ha az elektród 0,1 g-ját oxidálják, és ha $ \ ce {Al (OH) 3} $ -vá oxidálódnak, akkor 1 atm és 298 K hőmérsékleten nagyjából 137 ml $ \ ce {O2} $ -t fogyasztana
$ \ ce {Al ^ 3 + + 3OH ^ - -> Al (OH) 3} $
$ 0.1 \ space \ rm {g \ space Al} * \ frac { 1 \ rm {\ space mol \ space Al}} {27 \ rm {\ space g \ space Al}} * \ frac {3 \ space mol \ space O} {1 \ space mole \ space Al} * \ frac { 1 \ space mol \ space \ ce {O2}} {2 \ space mol \ space O} = 0,0056 \ space mol \ space \ ce {O2} $
$ PV = nRT $ (az oxigén közel van elég ahhoz, hogy ideális legyen normál laboratóriumi körülmények között)
$ V = \ frac {nRT} {P} = \ frac {(0,0056 \ space \ rm {mol} \ space \ ce {O2}) (0,08206 \ space L \ space atm \ space mol ^ {- 1 } K ^ {- 1}) (298 \ space K)} {1 \ space \ rm {atm}} = 137 \ space \ rm {mL} $
$ \ ce {Al (OH) A 3} $ valószínűleg jelzi a reakcióterméket a megfigyelt fehér pelyhek miatt - az alumínium-hidroxid vízben nem oldódik. Az alumínium-oxid ($ \ ce {Al2O3} $) szintén potenciális jelölt, és 68 ml $ \ ce {O2} $ -ot fogyasztana ugyanazon feltételek mellett.
Tehát feltételezve, hogy 0,1 g ésszerű becsülve a korrodált alumínium tömegét, nagyon lehetségesnek tűnik, hogy mi történt, az oxigén reagál az alumínium elektróddal, csökkentve az oxigéngáz hozamát.
Hogyan lehet ezt megkerülni? Nos, öt percig tartó google-kutatásom során nem találtam jó jelöltet inert elektródákra. Általában grafit elektródákat javasolnak más elektrolízis beállításokhoz, de ezek oxigénnel is reagálnak. Láttam rozsdamentes acélt ajánlani, de azt gondolnám, hogy valószínűleg az arany / platina / ezüst a legjobb fogadás.
A 3. kérdésre is nehéz válaszolni. Tudjuk, hogy a \ $ \ ce {NaCl} $ alacsony koncentrációban, nagyobb koncentrációban klórgázt állít elő és hidroxid-iont termel (amely alátámasztja az alumínium-hidroxid-képződés hipotézisét). Ha klórgázt termelne, tudná - halványsárga / zöld színű lenne, és rosszullétet okozna, amint megérzi az illatát. Tehát nem valószínű, hogy az asztali só koncentrációja elég magas volt ahhoz, hogy ez versengő reakció legyen. Ez azonban hozzájárulna az alumínium oxidációjához. A kizárás legegyszerűbb módja, ha nem használunk konyhasót. Láttam helyette szódabikarbónát (nátrium-hidrogén-karbonát) ajánlani, és ez valószínűleg működni fog. Előfordulhat azonban, hogy oldatban hidroxidot termel. Mi a helyzet más ismeretlen anyagokkal? Ha csapvizet használt, akkor valószínűleg további klorid, esetleg fluorid és valószínűleg különféle magnézium- és kalcium-sók vannak. Mindezek reagálnak a hidrolízis során, és befolyásolják a hozamokat. Ennek kiküszöbölésére desztillált vagy ioncserélt víz vásárlása vagy előállítása szükséges.
Összefoglaló:
Miért kaptam a vártnál kevesebb gázt a + -hoz kapcsolt elektródánál? Az elektród oxidálásával fogyasztották-e az oxigént? (A végén elég sérültnek tűnt.)
A válasz valószínűleg igen, az oxigén reagált az alumíniummal. Fogadni mernék arra, hogy alumínium-hidroxidot képez, amely aztán kicsapódik az általad megfigyelt fehér pelyhekbe.
Hogyan kaphatok 1/2 arányt?
Lehet, hogy nem sikerül pontosan 1: 2-re elérni, de ha nátrium-hidrogén-karbonátot vagy gyenge savat (valószínűleg ecet működne) használ só helyett elektrolitként, és inert elektródot - például aranyat vagy platinát -, akkor valószínűleg közel kerülhet. Ne feledje - a hidrolízis során általában a hidrogéngáz a kívánt termék. Az oxigén olcsó, ha nincs szüksége tisztára! És még a tiszta oxigén is viszonylag olcsó a többi gázhoz képest.