Chloralkalielektrolyse
Mit der Chloralkalielektrolyse kannst du aus einer wässrigen Lösung von Natriumchlorid die Produkte Chlor, Wasserstoff und Natronlauge erzeugen. Erst ab einer bestimmten Spannung können wir eine beginnende Elektrolysereaktion beobachten.
Hierbei wird das Diaphragma durch eine dünne chlorbeständige Membran ersetzt. Wie können wir die Zersetzungsspannung und Überspannung in der Praxis messen?
Die Zersetzungsspannung und die Überspannung können wir messen, indem wir die angewandte Spannung und den fließenden Strom im Elektrolyseprozess messen und mit den theoretischen Werten vergleichen.
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Dazu stellen wir erstmal die Reaktionsgleichung auf, ordnen den Elektroden die Begriffe “Anode” und “Kathode” zu und weisen den Reaktionen ein Potential mit Hilfe der elektrochemischen Spannungsreihe zu (gilt nur bei Standardbedingungen):
Anode (Oxidation): 6 H₂O => O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e⁻ E° = +1,23 V
Kathode (Reduktion) 2 H₃O⁺ + 2 e⁻ => H₂ + 2 H₂O E° = 0,00 V
Die Formel zur Berechnung der Potentialdifferenz ist die gleiche wie im Kapitel “galvanischen Zelle”:
∆E0 = E0 (Kathode) – E0 (Anode) = 0,00 V – 1,23 V = – 1,23V
Damit haben wir bestimmt, dass zur Elektrolyse von Wasser eine Zersetzungsspannung von 1,23 V notwendig ist.
2.
Betreiben wir eine Elektrolysezelle nicht unter Standardbedingungen, müssen wir die Potentiale mit Hilfe der Nernst ́schen Gleichung bestimmen.
1. Sie bedeuten, dass mehr Energie benötigt wird, um die gewünschte chemische Reaktion herbeizuführen.
9. Zu Beginn einer Elektrolysereaktion wird immer das stärkste Oxidationsmittel reduziert (Stoff bzw.
Hierbei ist aber auch immer auf die Überspannung zu achten, so kann der Fall eintreten, dass einen Ionensorte reduziert wird, obwohl eine andere eine ein positiveres Potential aufweist (=> Zersetzungsspannung).
Überspannung
Wie im letzten Absatz erwähnt, tritt nicht immer diese Elektrolysereaktion ein, die die geringste Zersetzungsspannung hat.
Ion mit dem positiveren bzw. Die Angaben zu den Stoffen und die Experimentieranleitungen wurden jedoch sorgfältig und nach bestem Gewissen erstellt und sind in jedem Falle zu beachten. Zum anderen kommt es bei einer Elektrolysereaktion zu einer Polarisierung (Aufladung) der Elektroden(oberflächen), was auch einer gewissen Hemmung der Reaktion entspricht.
Berechnen lässt sich diese Überspannung nicht, auch nicht theoretisch vorhersagen.
Die Anoden- und Kathodenreaktionen setzen sich wie folgt zusammen:
Anode: 2Cl–(aq) -> Cl2 (g) +2e–
Kathode: 2 H3O+(aq) + 2e– -> OH–(aq) + H2(g)
Die freien Natriumionen (Na+) bilden zusammen mit den entstandenen Hydroxidionen (OH–) Natronlauge (NaOH) bis zu einer Konzentration von ca.
Sie bestimmen damit auch, wie effizient der Elektrolyseprozess abläuft.
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