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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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