เคมีไฟฟ้า

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 108. ในการประจไุ ฟฟาครง้ั ท่ี 1 ในแบตเตอรส่ี ะสมตะกว่ั จงเขยี นปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ ทข่ี ว้ั ทง้ั สอง Pb H+ Pb (อาโนด) A S O42Λ B (คาโทด) H2O ........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ..... 109. ในการประจไุ ฟฟาครง้ั ท่ี 1 ในแบตเตอรส่ี ะสมแบบตะกว่ั ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ ทข่ี ว้ั คาโทดคอื ก. Pb2+ + S O24Λ o PbSO4 ค. 2H+ + 2 e o H2 ข. Pb2+ + 2 e o Pb ง. Pb + 2H2O o PbO2 + 4H+ + 4 e (ค) 110. ขณะแบตเตอรส่ี ะสมแบบตะกว่ั กาํ ลงั จา ยไฟ จงเขยี นปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ ทข่ี ว้ั ทง้ั สอง (อาโนด) A H+ (คาโทด) S O42Λ B H2O ........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ..... 111. เซลสะสมไฟฟาแบบตะกั่ว เมอ่ื ใชง านจะมปี ฏกิ ริ ยิ าเกดิ ขน้ึ เปน ทข่ี ว้ั บวก : PbO2+S O24Λ+4H++ 2 e ⊃ PbSO4 + 2H2O ทข่ี ว้ั ลบ : Pb + S O24Λ ⊃ PbSO4 + 2 e ขอ สรปุ ใดทไ่ี มถกู ตอ ง ก. เมอ่ื เวลาใชไ ฟทง้ั แผน Pb และ PbO2 จะกลายเปน PbSO4 ข. ระดบั นาํ้ กรดในหมอ แบตเตอรจ่ี ะคอ ย ๆ ลดลง ค. เมอ่ื ไฟหมดสามารถนาํ ไปอดั ไฟใชใ หมไ ด ง. เมอ่ื ไฟหมดแสดงวา ความตา งศกั ยไ ฟฟา มคี า ตดิ ลบ (ขอ ง) 51

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 112. ขณะอดั ไฟเขาแบตเตอรส่ี ะสมแบบตะกว่ั ครง้ั ท่ี 2 และตอ ๆ ไป จงเขยี นปฏกิ ริ ยิ าทข่ี ว้ั ทง้ั 2 (อาโนด) A H+ (คาโทด) S O42Λ B H2O ........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ..... 113(En 43/1) ปฎิกิริยาการจายไฟของเซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว่ั เปน ดงั น้ี (ขอ 1) ขว้ั A : PbO2(s) + SO24Λ (aq) + 4H+(aq)+2 e o PbSO4(s) + 2H2O(I) ขว้ั B : Pb(s) + SO42Λ (aq) o PbSO4 (s) + 2 e เมอ่ื เซลลน ถ้ี กู ใชง านไประยะหนง่ึ แลว นาํ ไปอดั ไฟจะเกดิ อะไรขน้ึ 1. กรด H2SO4 เกดิ กลบั มาอยา งเดมิ 2. ขว้ั A เกดิ reduction ขว้ั B เกดิ oxidation 3. PbSO4 จะเกดิ ขน้ึ ทง้ั ทแ่ี อโนดและทแ่ี คโทด 4. PbO2 (s) ละลายออกมาในสารละลายกรด ตอบ 114(มช 40) ปฏกิ ริ ยิ าของเซลลส ะสมไฟฟา แบบตะกว่ั ในชว งจา ยไฟเกดิ ขน้ึ ดงั น้ี PPbb(Os)2(+s)S+OS24OΛ42(Λaq()aqo) + ทข่ี ว้ั A : 4H+(aq) + 2 e o PbSO4(s) + 2H2O(l) ทข่ี ว้ั B : PbSO4(s) + 2 e ขอ ความทไ่ี มถ กู ตอ งคอื 1. ในการจา ยไฟกระแสไหลจากขว้ั B ไปขั้ว A 2. ขณะจายไฟ ทง้ั สองขว้ั จะผลติ PbSO4(s) เหมอื นกนั 3. เซลลส ะสมไฟฟา นจ้ี ะจา ยไฟจนกระทง่ั ความเปน กรดลดลงถงึ ระดบั หนง่ึ 4. ในการอัดไฟ จะตอ งตอ ขว้ั + และขั้ว – ของแบตเตอรก่ี บั ขว้ั A และ ขว้ั B ของเซลล สะสมตามลําดับ (ขอ 1) 52

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 115. เซลลสะสมแบบตะกั่ว เมอ่ื จา ยไฟขว้ั แอโนดคอื ................. ขว้ั แคโทด คอื ...................... อเิ ลคโทรไลต คอื ............................................ ความตา งศกั ยป ระมาณ ................ โวลต 3.6.8 เซลลสะสมแบบนิกเกิล– แคดเมยี ม หรอื เรยี กสน้ั ๆ วา เซลลนิแคด เซลลน แิ คดมคี วามตา งศกั ยป ระมาณ 1.4 โวลต มโี ลหะ Cd เปน ขว้ั อาโนด NiO2 เปน ขว้ั คาโทดและใชส ารละลายเบสเปน อเิ ลก็ โตรไลต เมอ่ื เซลลน แิ คดจา ยไฟจะเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าดงั น้ี ทข่ี ว้ั อาโนด (Cd) Cd(s) + 2OH–(aq) o Cd(OH)2(s) + 2 e ทข่ี ว้ั คาโทด (NiO2) NiO2(s) + 2H2O(l) + 2 e o Ni(OH)2(s) + 2OH–(aq) ปฏิกิรยิ ารวมคอื Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O(l) o Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2 เมอ่ื เซลลน แิ คดจา ยไฟหมดแลว สามารถนาํ ไปประจไุ ฟใหมไ ด การประจไุ ฟจะเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าตรงขา มกบั การจา ยไฟ ขอ ดขี องเซลลนแิ คดคอื สามารถเกบ็ ไวไ ดน านๆ โดยไมเ สอ่ื ม คุณภาพใชไดทนทานกวาเซลลสะสมไฟฟาแบบตะกั่ว ใหศ กั ยไฟฟา คอนขางคงท่ี เซลลน ิแคด ใชใ นเครอ่ื งใชไ ฟฟา หลายชนดิ เชน เครอ่ื งคดิ เลข เครอ่ื งวดั แสงในกลอ งถา ยรปู เปน ตน 116. เซลลนแิ คด เมอ่ื จา ยไฟขว้ั แอโนดคอื ............................. ขว้ั แคโทด คอื ........................... อเิ ลคโทรไลต คอื ............................................ ความตา งศกั ยป ระมาณ ................ โวลต 117. เซลนแิ คตประกอบดว ยโลหะแคดเมยี ม, นกิ เกลิ (IV) ออกไซด และสารละลายเบสซึ่งมี ปฏกิ ริ ยิ ายอ ยดงั น้ี Cd + 2OH– o Cd(OH)2 + 2 e NiO2 + 2HO2 + 2 e o Ni(OH)2 + 2OH– ใหน กั เรยี นพจิ ารณาวา ขอ ใดถกู ตอ ง ก. นกิ เกลิ (IV) ออกไซดเ ปน ขว้ั อาโนด ข. โลหะแคดเมียมถูกออกซิไดซ ค. โลหะและสารละลายเบสเปน อเิ ลก็ โทรไลต ง. เซลนแิ คตเปน เซลปฐมภมู ิ (ขอ ข) ตอบ 118. เซลลในขอ ใดเปน พวกเดยี วกนั ก. ถานไฟฉาย , เซลลแอลคาไลน , เซลลนิแคต ข. เซลลปรอท , เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกั่ว , เซลลแอลคาไลน ค. เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกั่ว , เซลลนแิ คต ง. ถานไฟฉาย , เซลลปรอท , เซลลนิกเกิล–แคดเมยี ม (ขอ ค) 53

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 119. เซลลใ นขอ ใดมคี วามตา งศกั ยส งู กวา กนั ตามลาํ ดบั ก. เซลลน ิแคต  เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกั่ว  เซลลเงนิ ข. เซลลเ งนิ  เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกั่ว  เซลลแอลคาไลน ค. เซลลถานไฟฉาย  เซลลปรอท  เซลลเ งนิ  เซลลนิแคต ง. เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกั่ว  เซลลเงนิ  เซลลนิแคต  เซลลปรอท (ขอ ข) 3.6.9 เซลลโซเดียม – ซัลเฟอร เซลลโซเดยี ม – ซัลเฟอร ใชโ ซเดยี มเหลวเปน แอโนด และกํามะถันเหลว (ผสมกบั ผงแกรไฟตเ พอ่ื เพม่ิ ประสทิ ธภิ าพ ในการนําไฟฟา) เปน แคโทด โดยมบี ตี าอะลมู นิ า ซง่ึ เปน ของ ผสมของออกไซดข องโลหะ ( Al , Mg , Na) ทย่ี อมให Na+ เคลอ่ื นทผ่ี า นไดเ ปน อเิ ลก็ โทรไลต ระหวา งครง่ึ ปฏกิ ริ ยิ าออกซิ เดชนั กบั รดี กั ชนั คน่ั ดว ยเซรามกิ สท ม่ี รี พู รนุ เลก็ ๆ เพอ่ื ใหโ ซเดยี มไอออนผา น ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ ท่ี ขว้ั ไฟฟา เปน ดงั น้ี แอโนด : 2Na(l) o 2Na+(l) + 2 e แคโทด : 8n S8(l) + 2 e o nS2– (l) ปฏกิ ริ ยิ ารวม : 2Na(l) + 8n S8(l) o Na2Sn(l) เซลลส ะสมไฟฟา ชนดิ นใ้ี หศ กั ยไ ฟฟา ประมาณ 2.1 V และสามารถเปลย่ี นผลติ ภณั ฑก ลบั มาเปน สารตง้ั ตน ไดโ ดยการประจหุ รืออดั ไฟเชน เดยี วกบั เซลลท ตุ ิยภมู ชิ นิดอน่ื มอี ายกุ ารใชง าน ยาวนานกวา เซลลส ะสมไฟฟา แบบตะกว่ั แตต อ งควบคมุ อณุ หภมู ขิ องเซลลใ หไ ดป ระมาณ 350oC เพอ่ื ทาํ ใหส ารตง้ั ตน และผลติ ภณั ฑอ ยใู นสภาพหลอมเหลว 120. เซลลโ ซเดยี มซลั เฟอร เมอ่ื จา ยไฟขว้ั แอโนดคอื .................... ขว้ั แคโทด คอื ..................... อเิ ลคโทรไลต คอื ............................................ ความตา งศกั ยป ระมาณ ................ โวลต 121. จากแผนภาพเซลลโ ซเดยี ม–ซัลเฟอร ………………………… จงเตมิ คาํ ตอบทถ่ี กู ตอ งลงใน ชอ งวา งตอ ไปน้ี ………………………… …………… ………………………… ………………………… 54

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 122. เหตุใดเซลลโ ซเดยี ม – ซัลเฟอร ตอ ง ควบคมุ อณุ หภมู ขิ องเซลลไ วท ป่ี ระมาณ 350 oC ........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ 3.6.10 แบตเตอรอ่ี เิ ลก็ โทรไลตแ ขง็ แบตเตอรอ่ี เิ ลก็ โทรไลตแขง็ เปน เซลลส ะ สมไฟฟา ทใ่ี ชโ ลหะลเิ ทยี มเปน แอโนด และ ไท เทเนยี มไดซลั ไฟดเ ปน แคโทด โดยมอี เิ ลก็ โทร– ไลตเ ปน สารจาํ พวกพอลเิ มอรจงึ เรยี กวา อเิ ลก็ – โทรไลตแขง็ ซง่ึ มสี มบตั ยิ อมใหไ อออนผา นไดด ี แตไ มย อมใหอ เิ ลก็ ตรอนผา นดงั รปู โลหะลเิ ทยี มใหอ เิ ลก็ ตรอนแลว กลายไปเปน Li+ ผา นอเิ ลก็ โทรไลตแ ขง็ ไปยงั แคโทด ซึ่ง มี TiS2 ทาํ หนา ทร่ี บั อเิ ลก็ ตรอนเกดิ เปน TiSΚ2 จากนน้ั Li+ กับ TiSΚ2 จะรวมกนั เปน LiTiS2 อิเลก็ โทรไลตแ ขง็ เปน ฉนวนตอ อิเลก็ ตรอนจงึ ทาํ ใหเ ซลลไ ฟฟา นส้ี ามารถใชง านไดโ ดยไมเ กดิ การลดั วงจร ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ เปน ดงั น้ี แอโนด : Li(s) o Li+ (ในอเิ ลก็ โทรไลตแ ขง็ ) + e แคโทด : TiS2 (s) + e– o TiSΚ2 (s) ปฏกิ ริ ยิ ารวม : Li(s) + TiS2 (s) o Li+(ในอเิ ลก็ โทรไลตแ ขง็ ) + TiS2Κ (s) เซลลช นดิ นศ้ี กั ยไ ฟฟา ประมาณ 3 โวลต และเปน เซลลท ตุ ิยภมู ิ จงึ สามารถประจไุ ฟได เชน เดยี วกบั เซลลส ะสมไฟฟา แบบตะกว่ั ปจ จบุ นั มกี ารนาํ แบตเตอรช่ี นดิ นไ้ี ปใชก บั รถยนตซ ง่ึ มี ขอ ดคี อื ไมต อ งเตมิ นาํ้ กลน่ั แตร าคายงั แพงเมอ่ื เปรียบเทยี บกบั เซลลส ะสมไฟฟา แบบตะกว่ั 123. จากแผนภาพแบตเตอรี ………… อเิ ลคโทรไลตแ ขง็ ตอ ไปน้ี …………… จงเตมิ คาํ ตอบทถ่ี กู ตอ งลง ใน ชอ งวา ง …………… 55

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี แบตเตอรอ่ี เิ ลก็ โทรไลตแ ขง็ อกี ประเภทหนง่ึ ใชโ ลหะลเิ ทยี มเปน แอโนดและใชโ ละออกไซด เชน MnO2 หรอื V6O13 เปน แคโทด สวนอเิ ล็กโทรไลต เปน พอลเิ มอรท ย่ี อมให Li+ ผา นไดแ ตอ เิ ลก็ ตรอน ผา นไมไ ด ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ ภายในเซลลเ ปน ดงั น้ี แอโนด : Li(s) o Li+ (ในอเิ ลก็ โทรไลตแ ขง็ ) + e แคโทด : MnO2 (s) + Li+ + e o LiMnO2 (s) ปฏกิ ริ ยิ ารวม : Li(s) + MnO2(s) o LiMnO2(s) เซลลช นดิ นม้ี ศี กั ยไ ฟฟา ประมาณ 3 โวลต ออกแบบใหม ที ง้ั ขนาดเลก็ และขนาดใหญ เซลลเ ลก็ เทา เมด็ กระดมุ ใชก บั เครอ่ื งคดิ เลขขนาดเลก็ นาฬิกาและกลอ งถายรปู สาํ หรับเซลลข นาด ใหญจะใชก บั คอมพวิ เตอร เปน เซลลท ส่ี ามารถประจไุ ฟฟา ไดเ ชน เดยี วกบั แบตเตอรร่ี ถยนต 3.6.11 แบตเตอรี่อากาศ ปจ จบุ นั นใ้ี นรถยนตไ ฟฟา จะเกบ็ พลงั งานไฟฟา ไวใ นแบตเตอร่ี ซง่ึ ทาํ ใหร ถยนตไ ฟฟา มี ขอ ดอ ยกวา รถยนตท ใ่ี ชเ ครอ่ื งยนตแ บบสนั ดาปภายในคอื ตอ งบรรจแุ บตเตอรท่ี ม่ี นี าํ้ หนกั มากไป ดว ยตลอดเวลา ทาํ ใหก ารทาํ งานและขดี ความสามารถมจี าํ กดั ดงั นน้ั จงึ จาํ เปน ตอ งออกแบบ แบตเตอรใ่ี หไ ดป ริมาณพลงั งานไฟฟา จากหนง่ึ หนว ยมวลของวสั ดทุ ใ่ี ชท าํ ปฏกิ ริ ิยามมี ากขน้ึ แบตเตอรอ่ี ากาศเปน พฒั นาการของแบตเตอรอ่ี ยา งหนง่ึ ซง่ึ เปน เซลลท ใ่ี ชอ อกซเิ จนในอากาศเปน ตัวออกซไิ ดส ใชโ ลหะเชนสงั กะสี หรอื อะลมู เิ นยี มเปน ตวั รดี วิ ซ และอาจใชส ารละลาย NaOH เขม ขน เปน อเิ ลก็ โทรไลต สาํ หรับแบตเตอรอ่ี ะลมู เิ นยี ม–อากาศทใ่ี ชโ ลหะอะลมู เิ นยี มเปน แอโนด เมอ่ื ตอเซลลโ ลหะ อะลมู เิ นยี มจะเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั ได Al3+ แตใ นสารละลายมคี วามเขม ขน ของ OH– มาก จงึ เกดิ ไอออนเชงิ ซอ น [Al(OH)4]– สว นทแ่ี คโทดซง่ึ ใชแ ทง คารบ อนเปน ขว้ั ไฟฟา แกส ออกซเิ จน และนาํ้ เกดิ ปฏกิ ริ ยิ ารดี กั ชนั ได OH– ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ ภายในเซลลเ ปน ดงั น้ี แอโนด : 4 { Al(s) + 4OH– (aq) o [Al(OH)4]– (aq) + 3 e } แคโทด : 3 { O2(g) + 2H2O(l) + 4 e o 4 OH–(aq) } ปฏกิ ริ ยิ ารวม : 4Al(s) + 3O2 (g) + 6H2O(l) + 4OH–(aq) o 4 [Al(OH)4] – (aq) 56

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี ในขณะใชง าน [Al(OH)4]– ทเ่ี กดิ ขน้ึ ในแบตเตอรจ่ี ะเปลย่ี นไปเปน Al(OH)3 เคลอื บโลหะ อะลมู เิ นยี ม ดงั นน้ั หลงั จากใชง านในรถยนตไ ดร ะยะทางประมาณ 200 กโิ ลเมตร จงึ ตอ งมกี าร กาํ จดั Al(OH)3 ออกไป เนอ่ื งจาก Al(OH)3 เปน ฉนวนไฟฟา นอกจากนย้ี งั ไดม กี ารพฒั นาแบต เตอรข่ี น้ึ ใหมอ กี รปู แบบหนง่ึ คอื แบต เตอรส่ี งั กะสี–อากาศซง่ึ มแี ผนภาพดงั รปู ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ ภายในเซลลเ ปน ดงั น้ี แอโนด : Zn(s) o Zn2+(aq) + 2 e 12 O2(g) + 2 e o O2Λ (g) แคโทด : ปฏกิ ริ ยิ ารวม : Zn(s) + 12 O2(g) o ZnO(s) เมอ่ื นาํ แบตเตอรไ่ี ปประจไุ ฟ แกส ออกซเิ จนจะถกู ปลอ ยออกจากแบตเตอร่ี สว นซงิ คอ อกไซด จะถกู รดี วิ ซไ ปเปน สงั กะสี 124. ขอ เสยี ของแบตเตอรอ่ี ะลมู เิ นยี ม – อากาศ ........... ........... ........... ........... ........... ........... .... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... .............. ΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦ ตอนท่ี 4 อเิ ลก็ โตรลซิ สิ และเซลอเิ ลก็ โตรไลต 4.1 ความหมาย @ อิเล็กโตรลิซิส หมายถงึ การแยกสารเคมดี ว ยกระแสไฟฟา ซง่ึ ทาํ ไดโ ดยผา นกระแส ไฟฟา ลงในสารละลายอเิ ลก็ โตรไลต หรอื สารอเิ ลก็ โตรไลตท ห่ี ลอมเหลวแลว สารอเิ ลก็ โตรไลตเ กดิ การแยกสลายไดส ารใหมเ กดิ ขน้ึ ทข่ี ว้ั อาโนด และขว้ั คาโทด @ เซลอิเล็กโตรไลต หมายถงึ เซลไฟฟา เคมที เ่ี ปลย่ี นพลงั งานไฟฟา เปน ปฏกิ ริ ยิ าเคมหี รอื เปน ระบบทเ่ี กดิ กระบวนการอเิ ลก็ โตรลซิ ิส 57

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 4.2 การอเิ ลก็ โตรลซิ สิ สารประกอบออิ อนกิ ทห่ี ลอมเหลว ขว้ั ไฟฟา ขว้ั ไฟฟา เฉื่อย เฉื่อย + − Na+ 2Na+ + 2 e ⇓ 2Na 2Cl⊥ ⇓ Cl2 + 2 e ClΚ ตัวอยางเชน การอิเล็กโตรลิซิส NaCl ทห่ี ลอมเหลว Na+ ออิ อน จะเคลอ่ื นทไ่ี ปยงั ขว้ั ลบ แลว ถกู รดี วิ ซก ลายเปน โลหะโซเดยี ม (Na) 2Na+((l)) + 2 e o 2Na(s) ตรงน้ีเกดิ ปฏกิ ริ ิยารีดกั ชนั เรยี กขว้ั นว้ี า ขว้ั คาโทด ( ขัว้ ลบ ) Cl– ออิ อน จะเคลอ่ื นทไ่ี ปยงั ขว้ั บวก แลว ถกู ออกซิไดซกลายเปนกา ซคลอรนี (Cl2) 2Cl–((l)) o Cl2(g) + 2 e ตรงนี้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น เรยี กขว้ั นว้ี า ขว้ั อาโนด ( ขั้วบวก ) ปฏกิ ริ ยิ ารวม 2Na+( l) + 2Cl–(l) o 2Na(s) + Cl2(g) (ปฏกิ ริ ยิ ารดี อกซ) หรอื 2NaCl(l) o 2Na(s) + Cl2(g) 125. จงเตมิ ขอ ความลงในชอ งวา งใหส มบรู ณ เกย่ี วกบั การอเิ ลก็ โตรลซิ สิ NaCl ทห่ี ลอมเหลว Na+ ออิ อน จะเคลอ่ื นทไ่ี ปยงั ขว้ั .......... แลว ถกู รดี วิ ซก ลายเปน โลหะโซเดยี ม (Na) 2Na+(l) + 2 e o 2Na(s) ตรงนเ้ี กดิ ปฏกิ ริ ยิ า................ เรยี กขว้ั นว้ี า ขว้ั ............ ( ขว้ั ....... ) Cl– ออิ อน จะเคลอ่ื นทไ่ี ปยงั ขว้ั ......... แลว ถกู ออกซไิ ดซกลายเปนกา ซคลอรีน(Cl2) 2Cl–( l) o Cl2(g) + 2 e ตรงนเ้ี กดิ ปฏกิ ริ ยิ า............... เรยี กขว้ั นว้ี า ขว้ั ............ ( ขว้ั ....... ) ปฏกิ ริ ยิ ารวม คอื ........................................................................................... 58

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 126(En 42/2) ในการทาํ อเิ ลก็ โทรลซิ สิ ของลเิ ทยี มไฮไดรด โดยใชแ พลทนิ มั เปน ขว้ั ไฟฟา ดงั ภาพ ขว้ั ไฟฟา A เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าใด 1. 2H–(l) o H2(g) + 2 e ขว้ั ไฟฟา A 2. 2H+(l) + 2 e o H2(g) ลิเทียมไฮโดรดหลอมเหลว 3. Li+(l) + e o Li(l) 4. Li(l) o Li+(l) + e (ขอ 1) 4.3 การอเิ ลก็ โทรลซิ สิ สารละลายอเิ ลก็ โทรไลตท ใ่ี ชน าํ้ เปน ตวั ทาํ ละลาย ตัวอยางเชน การอเิ ลก็ โทรลซิ สิ สารละลายคอปเปอร (II) ซัลเฟต (CuSO2) ในนาํ้ ในสารละลาย CuSO4 ประกอบ + ขว้ั ไฟ ดว ย Cu2+ , S O42Κ และยงั มี ขว้ั ไฟ โมเลกลุ H2O ซง่ึ อาจรบั หรอื ฟา ฟา จา ยอเิ ลคตรอนดว ยกไ็ ด การ − พจิ ารณาวา จะเกดิ ปฎกิ รยิ าอยา งใด ตอ งดทู ค่ี า Eo Cu2 S 2Κ O4 กําหนดคา Eo ครึ่งเซลลมาตรฐานดังนี้ H2O 2H2O(l) + 2 e o H2(g) + 2OH–(aq) Eo = –0.83 V o 2H+(aq) Eo = +1.23 V o 1 O2(g) + + 2e o H2O(l) Eo = +2.01 V o 2 Eo = +0.34 V o 1 S2 O82Κ (aq) + e o S O42Κ (aq) 2 Cu2+(aq) + 2 e o Cu(s) ทข่ี ว้ั คาโทด (ข้วั ลบ) สารทจ่ี ะไปรบั อเิ ลค็ ตรอนทข่ี ว้ั ลบไดม ี Cu2+, H2O ลองพจิ ารณาคา Eo 2H2O(l) + 2 e o H2(g) + 2OH–(aq) Eo = –0.83 V o Cu2+(aq) + 2 e o Cu(s) Eo = +0.34 V o จะพบวา Cu2+ ชงิ อเิ ลก็ ตรอนไดด กี วา H2O ดงั นน้ั ปฏกิ ริ ยิ าซง่ึ เกดิ ขน้ึ ทข่ี ว้ั แคโทด คอื Cu2+(aq) + 2 e o Cu(s) 59

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี ทข่ี ว้ั แอโนด (ขั้วบวก) สารทจ่ี ะไปใหอ เิ ลก็ ตรอนทข่ี ว้ั บวกไดม ี H2O และ S O42Κ ตรงนต้ี อ ง เลอื กสมการทม่ี ี H2O และ S O42Κ อยดู า นขวา เพอ่ื หาวา สารตวั ใดจา ย e ไดด กี วา 2H+(aq) Eo = +1.23 V o 1 O2(g) + + 2e o H2O(l) 2 Eo = +2.01 V o 1 S2 O82Κ (aq) + e o S O42Κ (aq) 2 ตรงนจ้ี ะเหน็ วา สมการที่ มคี า Eo ตาํ่ กวา แสดงวา H2O จา ย e ไดง า ยกวา 2H+(aq) ดงั นน้ั ปฏกิ ริ ยิ าทข่ี ว้ั บวก คอื H2O(l) o 1 O2(g) + + 2 e 2 ( สมการที่ สลบั ดา น เพราะเปน สมการแสดงการจา ย e ของนาํ้ ) ปฏกิ ริ ยิ ารวม คือ Cu2+(aq) + H2O(l) ⊂ Cu(s) + 1 O2(g) + 2H+(aq) 2 ดังนั้นเมื่ออิเล็กโทรลิซิสสารละลาย CuSO4 จะได Cu เกาะทข่ี ว้ั แคโทด และไดกาซ O2 ทข่ี ว้ั แอโนด สวนสารละลายจะมีสมบัติเปนกรด เพราะเกิด H+ 127. จงเตมิ ขอ ความลงในชอ งวา งใหส มบรู ณ กําหนดคา Eo ครึ่งเซลลมาตรฐานดังนี้ 2H2O(l) + 2 e o H2(g) + 2OH–(aq) Eo = –0.83 V o 2H+(aq) Eo = +1.23 V o 1 O2(g) + + 2e o H2O(l) Eo = +2.01 V o 2 o Eo = +0.34 V 1 S2 O82Κ (aq) + e o S O42Κ (aq) 2 Cu2+(aq) + 2 e o Cu(s) เกย่ี วกบั การอเิ ลก็ โทรลซิ สิ สารละลายคอปเปอร (II) ซัลเฟต (CuSO2) ในนาํ้ ทข่ี ว้ั คาโทด (ขว้ั ลบ) สารทจ่ี ะไปรบั อเิ ลค็ ตรอนทข่ี ว้ั ลบไดม ี Cu2+, H2O จะดวู า สารตวั ใดแยง รบั อเิ ลคตรอนไดด กี วา ตอ งพจิ ารณาคา Eo จากสมการท.่ี ................ จะพบวา .......... ชงิ อเิ ลก็ ตรอนไดด กี วา ……… ดงั นน้ั ปฏกิ ริ ยิ าซง่ึ เกดิ ขน้ึ ทข่ี ว้ั แคโทด คอื Cu2+(aq) + 2 e o Cu(s) ทข่ี ว้ั แอโนด (ขั้วบวก) สารทจ่ี ะไปใหอ เิ ลก็ ตรอนทข่ี ว้ั บวกไดม ี H2O และ S O42Κ ตรงนต้ี อ งเลอื ก สมการทม่ี ี H2O และ S O42Κ อยดู า นขวา เพื่อหาวา สารตวั ใดจา ย e ไดด กี วา คือสมการที.่ ........ ตรงนจ้ี ะเหน็ วา สมการที่ ............ มคี า Eo ตาํ่ กวา แสดงวา ............. จา ย e ไดง า ยกวา ดงั นน้ั ปฏกิ ริ ยิ าทข่ี ว้ั บวก คอื H2O(l) o 1 O2(g) + 2H+(aq) + 2 e 2 ( สมการที่ สลบั ดา น เพราะ......................................................... ) 60

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี ปฏกิ ริ ยิ ารวม คือ ……………………………………………………………….…. ดังนั้นเมื่ออิเล็กโทรลิซิสสารละลาย CuSO4 จะได Cu เกาะที่ขั้ว................ และไดกาซ O2 ทข่ี ว้ั ............... สวนสารละลายจะมีสมบัติเปนกรด เพราะ...................... 128. จงเตมิ ขอ ความลงในชอ งวา งใหส มบรู ณ กําหนดคา Eo ครึ่งเซลลมาตรฐานดังนี้ Na+(aq) + e o Na(s) Eo = −2.71 o 1 S2 O82Λ (aq) +e o SO42Λ (aq) Eo = +2.01 o 2 2e o o O2(g) + 2H+(aq) + H2O(l) Eo = +1.23 o 1 2H2O(l) + 2 e o H2(g) + 2OH–(aq) Eo = −0.83 2 เมื่อทําการแยกสลายสารละลาย Na2SO4 ทม่ี นี าํ้ เปน ตวั ทาํ ละลายดว ยกระแสไฟฟา ทข่ี ว้ั คาโทด (ขวั้ ลบ) สารทจ่ี ะไปรบั อเิ ลค็ ตรอนทข่ี ว้ั ลบไดค อื …………และ............….. จะดวู า สารตวั ใดแยง รบั อเิ ลคตรอนไดด กี วา ตอ งพจิ ารณาคา Eo จากสมการท.่ี ................ จะพบวา .......... ชงิ อเิ ลก็ ตรอนไดด กี วา ……… ดงั นน้ั ปฏกิ ริ ยิ าซง่ึ เกดิ ขน้ึ ทข่ี ว้ั แคโทด คอื …………………………………………………………… ทข่ี ว้ั แอโนด (ขั้วบวก) สารทจ่ี ะไปใหอ เิ ลก็ ตรอนทข่ี ว้ั บวกไดม ี ...........และ …….ตรงนต้ี อ งเลอื ก สมการทม่ี ี H2O และ S O42Κ อยดู า นขวา เพอื่ หาวา สารตัวใดจา ย e ไดด กี วา คือสมการที.่ ........ ตรงนจ้ี ะเหน็ วา สมการที่ ............ มคี า Eo ตาํ่ กวา แสดงวา ............. จา ย e ไดง า ยกวา ดงั นน้ั ปฏกิ ริ ยิ าทข่ี ว้ั บวก คอื ..................................................................... ปฏกิ ริ ยิ ารวม คือ ……………………………………………………………….…. 129(En 36) กาํ หนดให Eo(V) (I) Na+(aq) + e o Na(s) −2.71 (II) 1 S 2 O82Λ (aq) + e o SO42Λ (aq) +2.01 (III) 2 H2O(l) +1.23 2H+(aq) −0.83 1 O2(g) + + 2 e o 2 (IV) 2H2O(l) + 2 e o H2(g) + 2OH–(aq) เมื่อทําการแยกสลายสารละลาย Na2SO4 ทม่ี นี าํ้ เปน ตวั ทาํ ละลายดว ยกระแสไฟฟา ขอ ใดตอ ไปนแ้ี สดงการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าทถ่ี กู ตอ งทแ่ี อโนดและแคโทด 61

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี แอโนด แคโทด แอโนด แคโทด (ขอ 1) 1. III IV 2. II I 3. III I 4. I II วธิ ที าํ 130(มช 31) กาํ หนดคา ศกั ยไ ฟฟา มาตรฐานดงั ตอ ไปน้ี S2O2–(aq) + 2 e o 2S O42Κ (aq) E0 = +2.00 V O2(g) + 4H+(aq) + 4 e o 2H2O(l) E0 = +1.23 V E0 = −0.83 V 2H2O(l) + 2 e o H2(g) + 2OH–(aq) E0 = −2.71 V Na+(aq) + e o Na(s) ขอมลู นเี้ มอื่ นําสารละลายโซเดยี มซัลเฟต (Na2SO4) มาแยกดว ยกระแสไฟฟา จะไดผ ลติ ภณั ฑ คอื (เกดิ H2 ทค่ี าโทด และเกิด O2 ทอ่ี าโนด) วธิ ที าํ 62

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 4.4 เซลลอ เิ ลก็ โทรไลตท ใ่ี ชข ว้ั ไฟฟา ซง่ึ มสี ว นรว มในการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า ตัวอยางเชน เซลลอิเล็กโทรไลต ซ่งึ ประกอบดวยสารละลาย CuSO4 และ แทง ทอง แดง(Cu) 2 แทง ทาํ หนา ทเ่ี ปน ขว้ั ไฟฟา ซง่ึ ตอ กบั แบตเตอร่ี ในเซลลอิเล็กโทรไลตนี้ เมอ่ื ใหก ระแสครบวงจรจะเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าดงั น้ี + − Cu Cu2 Cu S 2√ O4 H2O ทข่ี ว้ั คาโทด (ขั้วลบ ) สารทจ่ี ะไปรบั อเิ ลค็ ตรอนทข่ี ว้ั ลบไดม ี Cu2+, H2O แตเ นอ่ื งจาก Cu2+ ชงิ อเิ ลก็ ตรอนไดด กี วา H2O ดงั นน้ั ปฏกิ ริ ยิ าซง่ึ เกดิ ขน้ึ ทข่ี ว้ั แคโทด คอื Cu2+(aq) + 2 e o Cu(s) จงึ ไดโ ลหะทองแดงเกาะอยรู อบขว้ั ทองแดงนน้ั ทข่ี ว้ั แอโนด (ขว้ั ทองแดงทต่ี อ กบั ขว้ั บวกของแบตเตอรี่) สารทอ่ี าจจา ยอเิ ลคตรอนได คอื S O42Κ , H2O และ Cu ตรงนต้ี อ งเลอื กสมการทม่ี ี H2O และ S O42Κ อยดู า นขวา เพอ่ื หาวา สารตวั ใดจา ย e ไดด กี วา 1 O2(g) + 2H+(aq) + 2e o H2O(l) Eo = +1.23 V 2 1 S2 2Λ (aq) + e o S 2Λ (aq) Eo = +2.01 V 2 O8 O4 Eo = +0.34 V Cu2+(aq) + 2 e o Cu(s) จากคา Eo จะเหน็ ไดว า ทองแดงใหอ เิ ลก็ ตรอนไดง า ยกวา H2O และ S O42Κ 63

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี ดงั นน้ั ทข่ี ว้ั แอโนดจงึ เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าดงั น้ี Cu(s) o Cu2+(aq) + 2 e ซง่ึ ทาํ ใหแ ผน แอโนดคอ ยๆ กรอ นไป ( ทข่ี ว้ั แอโนดน้ี ถา ใชข ว้ั ไฟฟา เฉอ่ื ย นาํ้ จะใหอ เิ ลก็ ตรอนแลว เกดิ กา ซออกซเิ จน ) ควรรู การใชค า Eo ตดั สินการเกิดปฏิกิรยิ าในเซลลอิเล็กโทรไลต บางครง้ั อาจใมส อด คลอ งกบั ผลการทดลอง เชน การอิเล็กโทรลิซีสสารละลาย NaCl เขม ขน ถา พจิ ารณา จากคา Eo ทข่ี ว้ั แอโนดควรจะเกดิ กา ซออกซเิ จน แตจ ากผลการทดลอง ปรากฎวา เกดิ กา ซคลอรนี ทเ่ี ปน เชน นน้ั เพราะยงั มสี าเหตอุ น่ื เขา มาเกย่ี วขอ งดว ย เชน เกดิ ปรากฎการณท เ่ี รยี กวา ศักยไฟฟาเกินตัว (Overvoltage) เปน ตน นอกจากนน้ั คา Eo ทเ่ี ราใชต ดั สนิ บางครง้ั กไ็ มใ ชค า ศกั ยไ ฟฟา ทแ่ี ทจ รงิ ของสาร เพราะความเขม ขน ของ ไอออนในสารละลายไมไ ดเ ทา กับ 1 mol/l เสมอไป 131. จากแผนภาพตอ ไปน้ี จงเขยี นปฏกิ รยิ าทเ่ี กดิ ทข่ี ว้ั ทง้ั สอง +− Cu Cu Cu2 S 2√ O4 …………………………. …………………………. 4.5 ประโยชนข องอเิ ลก็ โตรลซิ สิ 4.5.1 การเตรยี มโลหะจากสารประกอบ การเตรียมโลหะจากสารประกอบ ทาํ ไดโ ดยผา นกระแสไฟฟา ลงในสารประกอบไอออนกิ ทป่ี ระกอบดว ยออิ อนของโลหะทต่ี อ งการเตรียมในขณะหลอมเหลวกจ็ ะไดโ ลหะนน้ั ทข่ี ว้ั คาโทด เพราะโลหะออิ อนนน้ั จะมารบั อเิ ลก็ ตรอนทข่ี ว้ั คาโทด(เกดิ รดี กั ชนั ) แลว กลายเปน โลหะตวั อยา ง เชน การเตรยี มโลหะโซเดยี มจากโซเดยี มคลอไรดท ห่ี ลอมเหลวจะไดโ ลหะโซเดยี มทข่ี ว้ั คาโทด และกา ซคลอรนี ทข่ี ว้ั อาโนด 132. ในการแยก NaCl เหลวดว ยกระแสไฟฟา ทข่ี ว้ั บวกจะได ............. ทข่ี ว้ั ลบจะได ............. 64

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 4.5.2 การผลติ โลหะอะลมู เิ นยี ม อะลมู เิ นยี มเปน โลหะเบา เนื้อแข็ง สีเงิน ผวิ เปนมันวาว จุดหลอมเหลวสูง นาํ มาใชป ระโยชน ทง้ั ในรปู ของโลหะและโลหะผสม ในธรรมชาตไิ มพ บโลหะอะลมู เิ นยี มในรปู ธาตอุ สิ ระ แตจะพบ ในรปู ของสารประกอบ เชน แรบอกไซดมี Al2O3 . 2H2O รอ ยละ 85 โดยมวล เมื่อนํามาแยกสิ่ง เจือปนอื่นๆ ออกแลวเผาที่อุณหภูมิ 120oC จะไดอ ะลมู นิ าทไ่ี มม นี าํ้ ผลกึ คอื Al2O3 ซึ่งเปนวัตถุดิบที่ ใชใ นการผลติ โลหะ อะลมู เิ นยี ม การผลิตโลหะอะลูมิเนียมอาจทําไดโดยแยกดวยกระแสไฟฟา โดย นาํ Al2O3 ซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูงมาก (2045oC) มาผสมกบั แรไ ครโอไลต (Na3AIF6) หลอมเหลว จะไดของผสมหลอมเหลวที่มีอุณหภูมิต่ําลงและนําไฟฟาได ซึ่งสามารถนําไปแยกดวยกระแสไฟฟา ทอ่ี ณุ หภมู ปิ ระมาณ 1000oC โดยใชแทงแกรไฟตเปนข้ัวไฟฟา เมื่อผานกระแสไฟฟาที่มีความตาง ศกั ยป ระมาณ 5 โวลต และกระแสไฟฟามากกวา 175000 A จะเกิดปฏิกิริยาดังนี้ แคโทด : 4 {Al3+ + 3 e o Al(l)} แอโนด : 3 { 2O2– o O2 (g) + 4 e } แกส ออกซเิ จนทเ่ี กดิ ขน้ึ จะทาํ ปฏกิ ริ ิยากบั คารบ อนทแ่ี อโนดไดผ ลติ ภณั ฑส ว นใหญเ ปน CO2 ดงั สมการ C(s) + O2 (g) o CO2 (g) ปฏกิ ริ ยิ ารวม : 2Al2O3(l) + 3C(s) o 4Al( l) + 3CO2 (g) การแยกแรบ อกไซดด ว ยกระแสไฟฟา จะไดโ ลหะอะลมู เิ นยี มทแ่ี คโทด และแกส คารบ อนได- ออกไซดท แ่ี อโนด อยา งไรกต็ ามการผลติ โลหะอะลมู เิ นยี มวธิ นี ย้ี งั มคี า ใชจ า ยสงู ดงั นน้ั อะลมู เิ นยี ม สว นใหญท ใ่ี ชใ นปจ จบุ นั จงึ ไดจ ากการนาํ เศษอะลมู เิ นยี ม วสั ดหุ รอื ภาชนะทท่ี าํ จากโลหะอะลมู เิ นยี มท่ี ใชแ ลว นาํ กลบั มาหลอมและทาํ ใหบ รสิ ทุ ธ์ิ ขน้ึ แลว นาํ มาใชใ หม 133. ในการผลติ อลมู เิ นยี มดว ยกระแสไฟฟา นน้ั ขน้ั ท่ี 1 ตอ งนาํ แรบอกไซดม าเผาเพอ่ื ................................................ .......... .......... ..... ขน้ั ท่ี 2 ใชก ระแสไฟฟา แยก ขว้ั แคโทดจะเกดิ ปฏกิ ริยา ............... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ขว้ั แอโนดจะเกดิ ปฏกิ รยิ า ............... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... 65

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 4.5.3 การผลติ โลหะแมกนเี ซยี ม แมกนเี ซยี มเปน โลหะเนอ้ื แขง็ เบา จดุ หลอมเหลวสงู จงึ นาํ ไปใชป ระโยชนท ง้ั ในรูปโลหะ และใชท าํ โลหะผสมเนอ่ื งจากศกั ยไ ฟฟา ของ Mg2+ มคี า ตาํ่ มากไมส ามารถหาตวั รดี วิ ซท เ่ี หมาะ สมมารดี วิ ซ Mg2+ ใหเ ปน โลหะแมกนเี ซยี มได การผลติ โลหะแมกนเี ซยี มจงึ ใชว ธิ แี ยกสารประ กอบของโลหะแมกนเี ซยี มดว ยกระแสไฟฟา วตั ถดุ บิ สาํ คญั ทใ่ี ชใ นการผลติ โลหะแมกนเี ซยี มคอื นาํ้ ทะเล เนอ่ื งจากนาํ้ ทะเลมสี าร ประกอบของแมกนเี ซยี มละลายอยมู ากในปรมิ าณใกลเ คยี งกบั NaCl ขน้ั ตอนการผลติ โลหะแมกนเี ซยี มจากนาํ้ ทะเลเปน ดงั น้ี ขน้ั ท่ี 1 แยก Mg2+ ทล่ี ะลายอยใู นนาํ้ ทะเล โดยเตมิ สารละลายเบสจะได Mg(OH)2 ดงั สมการ Mg2+(aq) + 2OH–(aq) o Mg(OH)2 (s) ขน้ั ท่ี 2 กรองแยก Mg(OH) 2 แลว เตมิ สารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ เพอ่ื ใหไ ด MgCl2 ดงั สมการ 2HCl(aq) + Mg(OH)2 (s) o MgCl2(aq) + 2H2O(l) ขน้ั ท่ี 3 ระเหยนาํ้ เพอ่ื ใหไ ด MgCl2 ทเ่ี ปน ของแขง็ เมอ่ื นาํ ไปใหค วามรอนจนหลอมเหลวแลว ผา นกระแสไฟฟา จะเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าดงั สมการ แคโทด : Mg2+( l) + 2 e o Mg(l) แอโนด : 2Cl–( l) o Cl2(g) + 2 e ปฏิกิริยา : Mg2+( l) + 2Cl–( l) o Mg(l) + Cl2(g) 134. การผลติ โลหะแมกนเี ซยี มจากนาํ้ ทะเล มขี น้ั ตอนดงั น้ี ขน้ั ท่ี 1 .................. ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ขน้ั ท่ี 2 .................. ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ขน้ั ท่ี 3 .................. ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ 66

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 4.5.4 การทาํ โลหะใหบ รสิ ทุ ธ์ิ ประโยชนข องอิเล็กโตรลิซิสที่ สาํ คญั อกี ประการหนง่ึ คอื นาํ มาใช โลหะทองแดง S โลหะทองแดงที่มี ในการทาํ โลหะใหบ รสิ ทุ ธิ์ เชน กรณี บรสิ ทุ ธ์ิ (คาโทด) สิ่งเจือปน (อาโนด) โลหะทองแดง โดยปกตโิ ลหะทอง สารละลาย Cu2+ ตะกอนของ แดงทไ่ี ดจ ากการถลงุ จะมคี วามบร–ิ CuSO4 Ag, Au, Pt สทุ ธป์ิ ระมาณ 99% เทา นน้ั นอกนน้ั จะมโี ลหะอน่ื เจอื ปนอยู เชน เหลก็ เงนิ สังกะสี ทองคาํ และแพลตนิ มั เราสามารถทาํ ใหไ ด ทองแดงบรสิ ทุ ธไ์ิ ดโ ดยใชเ ซลลอ ิเลก็ โตรลติ กิ จะตอ งปรบั ศกั ยไ ฟฟา ใหพ อเหมาะคอื ปรบั ใหเ ฉพาะทองแดง และโลหะอน่ื ๆ ทใ่ี หอ เิ ลก็ ตรอนไดง า ยกวา ทองแดง เชน เหลก็ สังกะสี ละลายลงสูสารละลายในรูปของอิออน (เกดิ ออกซเิ ดชนั ) สว น โลหะอน่ื ซง่ึ ใหอ เิ ลก็ ตรอนไดย ากกวา ทองแดง เชน เงนิ ทองคาํ แพลตนิ มั จะตกลงทก่ี น ภาชนะ เกดิ เปน ตะกอนมลี กั ษณะคลา ยโคลน ซง่ึ อาจแยกออกมาภายหลงั หรอื ทาํ ใหบ รสิ ทุ ธต์ิ อ ไป Cu2+ ออิ อนทเ่ี กดิ ขน้ึ จะเคลอ่ื นทไ่ี ปยงั ขว้ั คาโทดแลว ถกู รดี วิ ซก ลายเปน Cu เคลอื บอยทู ข่ี ว้ั คาโทดสว น ออิ อนของโลหะอน่ื ๆ ซง่ึ เปน สง่ิ เจอื ปนละลายอยใู นสารละลายจะไมถ กู รดี วิ ซ (เพราะมคี า Eo ตาํ่ กวา ของ Cu2+ ออิ อน) การทาํ ทองแดงใหบ ริสทุ ธโ์ิ ดยวธิ นี จ้ี ะไดท องแดงบรสิ ทุ ธถ์ิ งึ 99.95% 135. จากแผนภาพตอ ไปน้ี จงเขยี นปฏกิ รยิ าทเ่ี กดิ ทข่ี ว้ั ทง้ั สอง +− Cu Cu Cu2 S 2√ O4 …………………………. …………………………. 136. ทองแดงทถ่ี ลงุ ไดจ ากสนิ แร เมอ่ื ทาํ ใหบ รสิ ทุ ธโ์ิ ดยใชห ลกั การของเซลลอ เิ ลก็ โทรลซิ สิ ขอ ความตอ ไปนข้ี อ ใด ผดิ ก. ใชท องแดงถลงุ เปน อาโนด และทองบรสิ ทุ ธเ์ิ ปน คาโทด ข. สารเจอื ปนในทองแดงถลงุ มคี วามสามารถเปน ตวั รีดวิ ซห รอื ตวั ออกซไิ ดซแ ตกตา งจาก ทองแดงมากพอสมควร 67

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี ค. สารเจอื ปนในทองแดงถลงุ ทถ่ี กู ออกซไิ ดซไ ดย ากกวา ทองแดงจะตกตะกอนอยกู น ภาชนะเซลล ง. สารละลายในเซลลเปนอิเล็กโทรไลตอะไรก็ไดเชน CuSO4 , ZnSO4 หรอื H2SO4 เปน ตน (ขอ ง) ตอบ 137. นกั เรยี นคนหนง่ึ ทาํ การทดลองดงั รปู โลหะผสม แทงโลหะเงิน Cu , Ag , Fe AgNO3 ขอ ใดกลา วไดถ กู ตอ งบา ง (1) จดุ ประสงคข องนกั เรยี นคนนเ้ี พอ่ื ตอ งการทาํ โลหะเหลก็ ทองแดง และเงนิ ใหบ รสิ ทุ ธ์ิ (2) จดุ ประสงคข องเขาตอ งการแยกโลหะเงนิ ใหบ รสิ ทุ ธเ์ิ ทา นน้ั (3) จดุ ประสงคข องเขาตอ งการชบุ โลหะเงนิ ดว ยไฟฟา (4) การทดลองนข้ี ว้ั อาโนดจะเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั ซง่ึ ไดแ กข ว้ั ลบ เลอื กขอ ทถ่ี กู ตอ ง (ขอ ข.) ก. (1) ข. (2) ค. (3) ง. (1) , (4) จ. (2) , (4) ตอบ 4.5.5 การชบุ โลหะดวยกระแสไฟฟา หลกั การชบุ โลหะดว ยกระแสไฟฟา มดี งั น้ี 1. โลหะทจ่ี ะใชช บุ ตอ งเปน อาโนด หรอื ขว้ั บวก 2. ของทต่ี อ งการชบุ ตอ งเปน คาโทด หรอื ขว้ั ลบ 3. สารละลายอเิ ลก็ โตรไลดจ ะตอ งมอี อิ อนของโลหะชนดิ เดยี วกบั โลหะทจ่ี ะใชช บุ หรือ เปน ออิ อนของโลหะชนดิ เดยี วกนั กบั โลหะทอ่ี าโนด (ขว้ั บวก) 68

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 4. การชุบโลหะตองใชไฟฟากระแสตรง เพราะตอ งการใหอ เิ ลก็ ตรอนไหลไปทางเดยี วตลอด การชบุ โลหะดว ยไฟฟา คอื กระบวนการอเิ ลก็ โตรไลซสิ ทข่ี ว้ั ไฟฟา มสี ว นรวมในปฏกิ ริ ยิ า ดว ย เชน การชบุ ตะปเู หลก็ ดว ยสงั กะสจี ะตอ งตอ เหลก็ เขา กบั ขว้ั ลบ และตอ แผน สงั กะสเี ขา กบั ขว้ั บวกของแบตเตอร่ี สารละลายอิเล็กโตรไลต จะตองใชสารละลายของ Zn2+ เชน สารละลาย ZnSO4 ดงั นน้ั ตะปเู หลก็ จงึ เปน ขว้ั ลบ สว นแผน สงั กะสเี ปน ขว้ั บวก สงั กะสี Zn2+ ตะปูเหล็ก (คาโทด) (อาโนด) Zn2+ S O42Κ สงั กะสที ม่ี เี คลอื บ ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ มดี งั น้ี สารละลาย ZnSO4 ทข่ี ว้ั อาโนด เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั คอื Zn เสยี อเิ ลกตรอนทาํ ใหเ กดิ Zn2+ ออิ อนลง ในสารละลายสงั กะสจี งึ กรอ นไปเรอ่ื ย เขยี นสมการแสดงปฏกิ ริ ยิ าไดด งั น้ี Zn(s) o Zn2+(aq) + 2 e ทข่ี ว้ั คาโทด เกดิ ปฏกิ ริ ยิ ารดี กั ชนั คอื Zn2+ ออิ อนในสารละลาย ZnSO4 รบั อเิ ลก็ ตรอน แลว กลายเปน Zn เกาะทต่ี ะปเู หลก็ (เคลอื บตะปเู หลก็ ) เขยี นสมการแสดงปฏกิ ริ ยิ าไดด งั น้ี Zn2+(aq) + 2 e o Zn(s) ในการชุบโลหะโดยใชก ระแสไฟฟา จะใหไ ดผ วิ เรียบตอ งปฏบิ ตั ดิ งั น้ี 1. ตอ งปรบั คา ความตา งศกั ยใ หเ หมาะสมกบั ชนดิ ของโลหะทต่ี อ งการชบุ 2. สารละลายอเิ ลก็ โตรไลตต อ งมคี วามเขม ขน ทเ่ี หมาะสม 3. โลหะทใ่ี ชอ าโนดตอ งบรสิ ทุ ธ์ิ 4. ตอ งไมช บุ นานเกนิ ไป 138. ในการชบุ ตะปเู หลก็ ดว ยสงั กะสี ตอ งทาํ ดงั น้ี ตอ สงั กะสบี รสิ ทุ ธเ์ิ ขา ทข่ี ว้ั .............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ...... เพอ่ื ใหเ กดิ ปฏกิ รยิ าดงั น้ี ............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ...... ตอ ตะปทู จ่ี ะชบุ เขา ทข่ี ว้ั .............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... เพอ่ื ใหเ กดิ ปฏกิ รยิ าดงั น้ี ............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ...... สารละลายทใ่ี ชจ ะตอ งมไี อออนของ ............................... 69

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 139. สง่ิ ทต่ี อ งปฏบิ ตั เิ สมอในการชบุ โลหะ คอื 1. 2. 3. 4. 140. ขอ ใดถกู ตอ งสาํ หรับการชบุ โลหะดว ยกระแสไฟฟา (ขอ ง) ก. สง่ิ ทต่ี อ งการชบุ เปน แคโทด (ขัว้ ลบ) ข. ตอ งการชบุ ดว ยโลหะใดตอ งใชโ ลหะนน้ั เปน อาโนด (ขว้ั บวก) ค. สารละลายอเิ ลก็ โทรไลตต อ งมไี อออนของโลหะทเ่ี ปน อาโนด ง. ถูกทั้ง ก , ข และ ค 141. สิ่งใด ไม ควรปฏบิ ตั ใิ นการชบุ โลหะดว ยไฟฟา (ขอ ก) ก. โลหะทจ่ี ะใชช บุ เปน คาโทดหรอื ขว้ั ลบของเซลล ข. ใชข องทจ่ี ชุ บุ เปน คาโทดหรือขว้ั ลบของเซลล ค. ในสารละลายอเิ ลก็ โทรไลตม ไี อออนของโลหะทจ่ี ะชบุ ง. ใชก ระแสไฟตรง 142(En 39) จากขอ สรปุ ในการชบุ โลหะดว ยไฟฟา ตอ ไปน้ี ก. สารละลายอเิ ลก็ โทรไลตต อ งมไี อออนของโลหะทใ่ี ชเ คลอื บปนกบั สารประกอบไซยาไนต ข. สง่ิ ทต่ี อ งการชบุ ควรตอ ทข่ี ว้ั แอโนด ค. ตอ งการชบุ ชน้ิ งานดว ยโลหะใด ตอ งตอ โลหะนน้ั ทข่ี ว้ั แคโทด ง. การทดลองสามารถตอ กระแสไฟฟา ตรงหรือกระแสไฟฟา ตามบา นได จ. โลหะทเ่ี ปน แอโนดตอ งบรสิ ทุ ธ์ิ และไมค วรชบุ นานเกนิ ไป ขอ สรปุ ใดผดิ 1. ก ข และ ค 2. ค ง และ จ 3. ก ง และ จ 4. ข ค และ ง (ขอ 4) 70

Chem Online IV http://www.pec9.com บทท่ี 9 ไฟฟาเคมี 143. ถา ตอ งการชบุ เหรยี ญทองแดงดว ยเงนิ ควรใชอ ะไรเปนอิเลก็ โทรไลต และอะไรเปน อาโนด ตาม ลาํ ดบั (ขอ ก) ก. สารละลายที่มี Ag+ โลหะเงิน ข. สารละลายที่มี Cu2+ โลหะเงนิ ค. สารละลายที่มี Ag+ เหรยี ญทองแดง ง. สารละลายที่มี Cu2+ เหรยี ญทองแดง 144(En 31) ถา ตอ งการชบุ ถาดอาหารดว ยโครเมยี มโดยวธิ อี เิ ลก็ โทรลซิ สิ ควรทาํ อยา งไร ก. ใชถ าดอาหารเปน อาโนด เกดิ ปฏกิ ริ ยิ า Cr3+ + 3 e o Cr ข. ใชถ าดอาหารเปน อาโนด เกดิ ปฏกิ ริ ยิ า Cr o Cr3+ + 3 e ค. ใชถ าดอาหารเปน คาโทด เกดิ ปฏกิ ริ ยิ า Cr3+ + 3 e o Cr ง. ใชถ าดอาหารเปน คาโทด เกดิ ปฏกิ ริ ยิ า Cr o Cr3+ + 3 e (ขอ ค) δδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδ 5. ความกาวหนาทางเทคโนโลยที ีเ่ กี่ยวขอ งกับเซลลไฟฟา เคมี การทําอิเล็กโตรไดอะลิซิสน้ําทะเล อเิ ลก็ โตรไดอะลซิ สิ เปน เซลลไ ฟฟา เคมที ใ่ี ชแ ยกไอออนนอกจากสารละลายโดยใหไ อออน เคลอ่ื นผา นเยอ่ื บางๆ ไปยงั ขว้ั ไฟฟา ทม่ี ปี ระจตุ รงขา ม ทาํ ใหส ารละลายทอ่ี ยรู ะหวา งขว้ั ไฟฟา มี ความเขม ขน ของไอออนลดลง หลกั การนส้ี ามารถนาํ ไปใชแ ยกโซเดยี มไอออนและคลอไรด ไอออนออกจากนาํ้ ทะเล ซง่ึ เปน วธิ กี ารผลติ นาํ้ จดื จากนาํ้ ทะเลวธิ หี นง่ึ น้ําทะเล Κ M+ AΚ Ι เยอ่ื แลกเปลย่ี น ไอออนบวก เยอ่ื แลกเปลย่ี น ไอออนลบ น้ําเค็ม น้ําจืด น้ําเค็ม δδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδ 71