Elettrolisi di una soluzione di acido cloridrico HCl
Esercizio sull'elettrolisi di una soluzione di acido cloridrico HCl
1 L di una soluzione 0,1 M di HCl è sottoposta ad elettrolisi per un tempo di 4 h e con una corrente di 0,5 A.
Agli elettrodi si osserva lo sviluppo di idrogeno e di cloro.
Determinare la variazione di pH ottenuta con l'elettrolisi e il volume di cloro gassoso prodotto e misurato a STP.
Svolgimento dell'esercizio
La reazione di riduzione che avviene al catodo è la seguente:
2H+ + 2e− → H2
Determiniamo il pH iniziale, prima dell'elettrolisi. L'HCl è un acido forte, completamente dissociato, pertanto [H+] = 0,1 M. Il pH si calcola nel seguente modo:
pHiniziale = - log [H+] = -log 0,1 = 1
Quindi il pH iniziale è 1.
Determiniamo la quantità di carica circolata attraverso la cella moltiplicando il valore della corrente elettrica con il tempo in secondi della durata del processo di elettrolisi:
Q = i · t = 0,5 A · (4 · 60 · 60) s = 7200 C
Sapendo che 96500 C permettono agli elettrodi la reazione di 1 equivalente di qualsiasi sostanza, determiniamo gli equivalenti di H2 che si sono sviluppati al catodo:
96500 C : 1 eq = 7200 C : X
da cui:
X = (7200 C · 1 eq) / (96500 C) = 0,0746 eq di H2 sviluppati
Determiniamo le moli di H2 che si sono sviluppate al catodo dividendo gli equivalenti per il numero di elettroni acquistati (per info si veda: da equivalenti a moli):
mol H2 = 0,0746 / 2 = 0,0373 mol
Dalla reazione:
2H+ + 2e− → H2
risulta che per 1 mole di H2 prodotta, hanno reagito 2 moli di ioni H+. Le moli di ioni H+ reagite sono quindi il doppio delle moli di H2 che si sono formate:
mol H+ reagite = 2 · 0,0373 mol = 0,0747 mol
Le moli di H+ iniziali sono:
mol H+ iniziali = M · V = 0,1 mol/l · 1l = 0,1 mol
Le moli di ioni H+ residue si ottengono per sottrazione tra il numero di moli iniziali e il numero di moli reagite:
moli H+ residue = 0,1 - 0,0747 = 0,0253 mol
Per cui:
[H+] = mol / V = 0,0253 mol / 1l = 0,0253 M
Determiniamo il pH finale:
pHfinale = - log [H+] = - log 0,0253 = 1,59
Determiniamo infine la variazione di pH:
∆pH = pHfinale - pHiniziale = 1,59 - 1 = 0,59
Quindi la variazione di pH è 0,59.
Determiniamo ora il volume di cloro gassoso prodotto e misurato a STP.
La reazione di ossidazione è la seguente:
2 Cl− → Cl2 + 2e−
Gli equivalenti di Cl2 prodotti sono uguali al numero di equivalenti di H2 prodotti:
eq (Cl2) = 0,0746 eq
da cui:
mol (Cl2) = 0,0746 / 2 = 0,0373 mol
Ricordando che a STP 1 mole di qualsiasi gas occupa un volume di 22,424 l, si ha che il volume occupato da 0,0373 mol di Cl2 è:
1 mol : 22,414 l = 0,0373 mol : X
da cui:
X = 0,836 l
Quindi il volume di cloro gassoso prodotto e misurato a STP è pari a 0,836 l.
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