เอกสารไฟฟ้าเคมี

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 36 ฝกึ หดั ....................................................................... ...................................................................... จงอธบิ ายการเปลี่ยนแปลงทีส่ ังเกตได้พรอ้ มทัง้ ระบเุ หตุผลประกอบ ...................................................................... .......................................................................... ....................................................................... .......................................................................... ...................................................................... .......................................................................... ....................................................................... .......................................................................... ....................................................................... .......................................................................... ....................................................................... .......................................................................... ....................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ ***สรปุ ภาวะที่ ............................................ เกิดสนมิ มากที่สุด*** ปอ้ งกนั การผกุ รอ่ นของโลหะ 1. ทาสี หรือ ทาวาสลิน เปน็ การปอ้ งกันการผุกร่อนได้ชั่วคราว ถา้ สีกะเทาะหรือเสื่อมสภาพก็ต้องทาใหม่ 2. วิธีแคโทดิก เป็นวิธีป้องกันการสึกกร่อนโดยทาโลหะนัน้ ใหม้ ีสภาวะเปน็ แคโทดหรอื คล้ายกับแคโทดเชน่ - ทาแบบเซลล์กัลวานิก โดยการต่อกับโลหะที่มี E0 ต่ากว่า เช่น ใช้ Mg ต่อกับกระดูกงูของเรือ หรือ ท่อประปา อาจเรียกว่า Sacrificial anode - ทาแบบเซลลอ์ เิ ล็กโทรไลต์ โดยการต่อกับขั้วลบของถา่ นไฟฉาย

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 37 3. ทาการชุบด้วยโลหะ เป็นการเคลือบผิวของโลหะไม่ให้สัมผัสกับน้าและแก๊สออกซิเจน โดยใช้หลักการ เซลล์อิเล็กโทรไลต์ เช่น การชุบโลหะด้วยนิกเกิล ทองแดง ดีบุก เงิน โครเมียม หรืออาจใช้วิธีจุ่มโลหะที่ ต้องการชุบลงในโลหะที่หลอมเหลว เช่น การชุบแผ่นเหล็กในสังกะสีที่หลอมเหลวเพื่อใช้ทาสังกะสีมุง หลังคา 4. การทาผิวโลหะด้วยสารยับยั้งการสึกกร่อน สารบางชนิดมีสมบัติยับยั้งการสึกกร่อนของโลหะได้ เช่น เกลือโครเมต เมื่อทาบนผิวเหล็กจะทาปฏิกิริยาได้ FeCrO4 เคลือบผิวเหล็ก ช่วยป้องกันการสึกกร่อนได้ เกลือไตรบิวทิลามีนซ่ึงอยู่ในรูปของ (CuHg)3NH+ เมื่อเติมลงไปในหม้อน้ารถยนต์ จะเข้าไปในพื้นผิวของ โลหะ ในลักษณะเปน็ แผ่นฟลิ ์มบางๆ ทาให้สามารถยับยั้งการสึกกร่อนได้ 5. อะโนไดซ์ เป็นการทาให้โลหะบางชนิด เช่น Al, Sn เกิดออกไซด์ท่ัวท้ังแผ่นเคลือบผิวไว้ทาให้โลหะไม่ผุ โดยผ่านกระแสไฟฟ้าลงในสารละลายกรดแล้วให้ด้านแอโนดเกิดการออกซิไดซ์ กับออกซิเจนในอากาศ เป็นสารประกอบออกไซด์ ดังรูป Anode Cathod Al Al Cathode : 2AHl2+O3+ 2e— →H+ H2 Anode : 2 Al + 3 H2O → Al2O3 + 6H+ + 6e— 6. การรมดา คือ การนาโลหะทีต่ ้องการรมดามาต้มกับสารละลายรมดา (NaOH + NaNO3) ตม้ จนโลหะมีสีดา มาเคลือบที่ผิว ชบุ โลหะ การทดลองชุบเหลก็ ดว้ ยสังกะสี จุดประสงคก์ ารทดลอง 1. ทดลองชุบเหลก็ ด้วยสงั กะสีโดยใช้หลักการของเซลล์อิเลฌกโทรไลต์ 2. อธบิ ายหลักการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า วธิ ีทดลอง 1. ใชก้ ระดาษทรายขัดตะปูเหล็กและแผน่ สงั กะสี ใชก้ ระดาษเยื่อเช็ดเศษโลหะทีเ่ หลอื จากการขัดออก 2. เติม ZnSO4 ปริมาตร 20 mL ลงในบกี เกอร์ 3. ต่อแผ่นสังกะสีเข้ากับขั้วบวกและต่อตะปูเหล็กเข้ากับชั้วลบของแบตเตอรี่ แล้วจุ่มโลหะท้ังสองลงใน สารละลาย สงั เกตการณเ์ ปล่ยี นแปลงเป็นเวลา 5 นาที 4. นาตะปูและแผ่นสงั กะสีออกจากสายไฟและวางบนระจกนาฬกิ า ตัง้ ท้งิ ไวใ้ หแ้ ห้งหรือประมาณ 10 นาที สงั เกตการเปลีย่ นแปลง

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 38 คาถามทา้ ยการทดลอง 1. ขั้วไฟฟ้าใดเป็นแอโนด และขั้วไฟฟ้าใดเป็นแคโทด …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. เขียนสมการเคมีแสดงปฏิกริ ยิ าทีเ่ กิดข้ึนทีข่ ัว้ ไฟฟ้าทง้ั สอง …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. โลหะที่ตอ้ งการชุบและที่ใช้ชุบควรต่อกับขั้วไฟฟา้ ใดตามลาดบั …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. ความเขม้ ข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์เปลย่ี นแปลงหรือไม่ เพราะเหตุใด …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ชบุ โลหะโดยใชก้ ระแสไฟฟา้ หลักในการชุบโลหะด้วยกระแสไฟฟา้ 1.1. ใช้กระแสไฟฟา้ ตรง เช่น กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ 1.2. ขัว้ ลบของแบตเตอรี่ ต่อเขา้ กับสง่ิ ที่จะชบุ (ตะปู) : Cathode(-) ขัว้ บวกของแบตเตอรี่ ตอ่ เข้ากับโลหะที่ใช้ชุบ (Zn) : Anode(+) 1.3. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ต้องประกอบด้วยไอออนของโลหะที่ใช้ชุบปนกับสารประกอบไซยาไนต์ (เพราะสารประกอบ CN— ช่วยกาจัดสารที่เป็นมลทิน โดยจะทาปฏิกิริยากับโลหะที่เป็นมลทิน เกิด สารประกอบเชิงซอ้ นทาใหส้ ารที่เป็นมลทินไมม่ าเกาะบนผิวโลหะทีจ่ ะชุบ) ตัวอยา่ งการชุบตะปูเหลก็ ด้วย Zn ต่อวงจรดงั รปู Zn Fe ZnSO4 ที่ขั้วบวก (Anode) Zn จะแตกตัวเป็น Zn2+ + 2e— e— จะเคลื่อนไปหาขัว้ บวกของแบตเตอรี่ ทีข่ ัว้ ลบ (Cathode) Zn2+ จะเคลือ่ นลงสู่สารละลาย สรปุ Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e— e— จากขัว้ ลบของแบตเตอรีจ่ ะเคลือ่ นที่มายังตะปูเหล็ก (Fe) ทาใหต้ ะปูเหลก็ มี e— มาก Zn2+ (aq) จากสารละลายจึงเคลื่อนที่เข้ามารับ e— ที่ตะปูเหล็กกลายเป็น Zn(s) เคลือบ ผวิ ของตะปูเหลก็ สรปุ Zn2+(aq) + 2e— → Zn(s)

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 39 EX. จงอธบิ ายการเกดิ ปฏิกริ ยิ าในการชุบช้อนด้วยโลหะเงนิ ต่อไปนี้ ที่ขัว้ บวก (..........................) : ............................................................................................................... ....................................................................................................................................................................... ทีข่ ั้วลบ (..........................) : ................................................................................................................. ....................................................................................................................................................................... ฝกึ หดั 1. หลักการใดที่ถูกตอ้ งในการชุบโลหะด้วยกระแสไฟฟา้ ก. สง่ิ ที่จะชุบต้องเปน็ ขั้วบวก ข. จะชุบด้วยโลหะอะไรใช้โลหะนัน้ เปน็ ขั้วลบ ค. อิเลก็ โตรไลตจ์ ะตอ้ งเป็นไอออนของโลหะชนิดเดียวกับโลหะที่จะใชช้ ุบ ง. การชุบโลหะด้วยกระแสไฟฟา้ ต้องใช้ไฟฟา้ กระแสสลับ 2. สง่ิ ใดไม่ควรปฏบิ ตั ใิ นการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า ก. ใช้โลหะทีจ่ ะชุบเปน็ แคโทดหรือขั้วลบของเซลล์ ข. ใช้ของทีจ่ ะชุบเป็นแคโทดหรือขั้วลบของเซลล์ ค. ในสารละลายอิเลก็ โตรไลตม์ ีไอออนของโลหะที่จะชุบ ง. ใช้กระแสไฟตรง 3. จากข้อสรุปในการชุบโลหะดว้ ยไฟฟ้าต่อไปนี้ 1. สารละลายอเิ ลก็ โทรไลตต์ อ้ งมีไอออนของโลหะที่ใชเ้ คลือบปนกับสารประกอบไซยาไนด์ 2. สงิ่ ที่ต้องการชุบควรต่อที่ขั้วแอโนด 3. ตอ้ งการชุบชนิ้ งานด้วยโลหะใด ต้องตอ่ โลหะนัน้ ทีข่ ั้วแคโทด 4. การทดลองสามารถตอ่ กระแสไฟฟ้าตรงหรือกระแสไฟฟ้าตามบ้านได้ 5. โลหะที่เปน็ แอโนดตอ้ งบรสิ ุทธิ์ และไมช่ ุบนานเกินไป ข้อสรุปใดผิด ก. 1 2 และ 3 ข. 3 4 และ 5 ค. 1 4 และ 5 ง. 2 3 และ 4 4. ในการชุบตะปเู หล็กด้วยสงั กะสี โดยจุม่ ตะปูและแผ่นสงั กะสีลงในสารละลาย ZnSO4 ตอ่ ตะปูกับขั้วลบ และ สงั กะสีกับขัว้ บวกของแบตเตอรี่ 1.5 โวลต์ เมื่อปฏกิ ิรยิ าดาเนินไปข้อความใดถูกต้อง ก. ความเข้มข้นของสารละลาย ZnSO4 จะคงที่ ข. ความเขม้ ข้นของสารละลาย ZnSO4 จะลดลงไป เพราะ Zn2+ ไปเกาะที่ตะปูเป็น Zn ค. ความเขม้ ขน้ ของสารละลาย ZnSO4 จะเพ่มิ ข้ึน เพราะ Zn จากขัว้ บวกจะกร่อนไปเรือ่ ย ๆ ง. ความเข้มข้นของสารละลาย ZnSO4 จะเพมิ่ ขึ้นหรอื ลดลงก็ไดแ้ ล้วแต่อัตราเรว็ ของปฏกิ ิรยิ า

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 40 5. ในการชุบช้อนสังกะสีด้วยเงิน โดยใช้สารละลาย Na [Ag(CN)2] เป็นอิเล็กโตรไลต์ จะใช้อะไรเป็นแอโนด และแคโทด ก. ใช้ช้อนสงั กะสีเปน็ แอโนด เงนิ เป็นแคโทด ข. ใช้ช้อนสงั กะสีเป็นแคโทด เงินเป็นแอโนด ค. ใชช้ ้อนสงั กะสีเป็นท้งั แอโนดและแคโทด ง. ใช้เงินเปน็ ท้งั แอโนดและแคโทด 6. การกระทาในขอ้ ใดไมถ่ ูกตอ้ งเมือ่ ตอ้ งการชุบแท่งเหล็กด้วยโครเมียม ก. ใช้โลหะโครเมียมเป็นแอโนดหรอื ขั้วบวก ข. ใช้แทง่ เหล็กเปน็ แคโทดหรือเปน็ ขัว้ ลบ ค. สารละลายอเิ ลก็ โตรไลตต์ อ้ งมีไอออนของโครเมียม ง. ใชโ้ ลหะโครเมียมเปน็ แคโทดหรือเปน็ ขั้วลบ 7. วิธีหน่ึงที่อาจใช้เปรียบเทียบความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์ของโลหะ A, B, C, D คือต่อคร่ึงเซลล์ของ โลหะ / โลหะไอออน เขา้ คูก่ ัน แลว้ สงั เกตว่ามีการเคลือบโลหะบนขั้วใด เชน่ โลหะและโลหะไอออนคทู่ ีต่ อ่ กนั ขวั้ A ขวั้ B ขวั้ C ขวั้ D A / A2+(aq) กบั B / B2+(aq) + B / B2+(aq) กบั C / C2+(aq) + C / C2+(aq) กบั D / D2+(aq) + การเคลือบโลหะเกิดข้ึนบนขั้วที่มีเครื่องหมาย + ขอ้ สรุปใดต่อไปนี้ถกู ตอ้ ง ก. A เปน็ ตัวรดี ิวซท์ ด่ี ีกวา่ B เพราะปฏกิ ริ ยิ ารับอิเล็กตรอนเกดิ ท่ขี ัว้ A ข. C เป็นตัวรดี ิวซท์ ่ดี ีกว่า B เพราะปฏิกริ ิยาเสียอเิ ลก็ ตรอนเกดิ ท่ขี ั้ว B ค. A เปน็ ตัวรดี ิวซท์ ่ดี ีกวา่ C เพราะ C2+ชงิ อิเล็กตรอนไดด้ ีกวา่ B2+และ Aสูญเสียอเิ ล็กตรอนไดง้ า่ ยกวา่ B ง. B เปน็ ตัวรดี วิ ซท์ ่ดี ีกว่า D เพราะ Dสูญเสียอิเลก็ ตรอนได้มากกวา่ C และB2+ ชงิ อิเล็กตรอนไดด้ ีกว่า C2+ 8. ถา้ ตอ้ งการชุบสังกะสีดว้ ยเงนิ ควรจดั การทดลองดังขอ้ ใด ก. เงนิ เปน็ แอโนด สงั กะสีเปน็ แคโทด สารละลาย Ag+ เป็นอเิ ล็กโตรไลต์ ข. สงั กะสีเป็นแอโนด เงินเป็นแคโทด สารละลาย Ag+ เปน็ อเิ ลก็ โตรไลต์ ค. สงั กะสีเป็นแอโนด เงินเปน็ แคโทด สารละลาย Zn2+ เป็นอิเลก็ โตรไลต์ ง. เงินเป็นแอโนด สงั กะสีเป็นแคโทด สารละลาย Zn2+ เป็นอิเล็กโตรไลต์ 9. ถา้ ตอ้ งการชุบถาดอาหารดว้ ยโครเมียมโดยวิธีเลก็ โตไลซิส ควรทาอย่างไร ก. ใชถ้ าดอาหารเปน็ แอโนด เกดิ ปฏิกริ ิยา Cr3+ + 3e— → Cr → Cr3+ + 3e— ข. ใช้ถาดอาหารเป็นแอโนด เกดิ ปฏิกริ ยิ า Cr ค. ใช้ถาดอาหารเปน็ แคโทด เกดิ ปฏิกิรยิ า Cr3+ + 3e— → Cr → Cr3+ + 3e— ง. ใชถ้ าดอาหารเป็นแคโทด เกดิ ปฏกิ ริ ยิ า Cr 10. กาหนดคา่ E0 ครึง่ เซลล์ Al(s) / Al3+(aq) E0 = -1.17 V Ag(s) / Ag+(aq) E0 = +0.80 V ถ้าต้องการแสดงใหเ้ หน็ ว่าชอ้ นอะลูมเิ นียมสามารถเปลย่ี นผิวใหเ้ ปน็ เงินไดจ้ ะตอ้ งทาอย่างไรบา้ ง 1. ขัดพืน้ ผิวใหส้ ะอาดแลว้ แชใ่ นสารละลาย AgNO3 2. ขัดพื้นผิวให้สะอาดแล้วแช่ในสารละลาย AgNO3 โดยมีแผ่นเงินอยู่ด้วย ต่อให้ครบวงจรโดยต่อ อะลูมเิ นียมกับขั้วบวก ต่อแผ่นเงนิ กับขั้วลบของถา่ นไฟฉาย 3. ทานองเดียวกันกับขอ้ 2 แต่ตอ่ ชอ้ นกับขัว้ ลบ ต่อแผ่นเงินกับขั้วบวกของถา่ นไฟฉาย 4. ทานองเดียวกันกับข้อ 2 แต่ต่อช้อนกับแผน่ เงินด้วยกันโดยไม่มถี ่านไฟฉาย ขอ้ ใดถูก ก. 1 และ 2 ข. 1 และ 3 ค. 2 และ 4 ง. 3 และ 4

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 41 แยกสลายดว้ ยไฟฟา้ การทดลองแยกสลายสารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ด้วยไฟฟา้ จุดประสงค์การทดลอง 1. ทดลองแยกสลายสารละลาย KI ดว้ ยไฟฟา้ โดยใชห้ ลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ 2. ระบุแอโนด แคโทด 3. เขียนสมการรีดอกซแ์ สดงปฏกิ ริ ิยาเคมีทีเ่ กดิ ขึน้ และคานวณศกั ย์ไฟฟ้าของเซลล์ วิธีการทดลอง 1. หยด KI จานวน 20 หยด ลงในกระจกนาฬิกาหรือจานเพาะเชือ้ ที่วางอยูบ่ นกระดาษสีขาว 2. หยดฟนี อล์ฟทาลีน 3 หยด ลงใน KI แลว้ ปล่อยใหส้ ารผสมกันโดยไมต่ ้องคน 3. ต่อสายไฟกับเข็มหมุดและต่อเข้ากับแบตเตอรี่ จากนั้นจุ่มเข็มหมุดท้ังสองลงในสารละลาย สังเกตการ เปล่ยี นแปลง คาถามท้ายการทดลอง 1. KI มีสารใดที่สามารถเกิดปฏกิ ิริยาออกซเิ ดชันและรีดกั ชันไดบ้ ้าง …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเขา้ ไปใน KI ที่ขัว้ บวกและขั้วลบมสี ารใดเกิดขนึ้ ทราบไดอ้ ย่างไร …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. สมการเคมีของปฏิกิริยาที่แคโทดและแอโนดเป็นอย่างไร สอดคลอ้ งกับค่าศักย์ไฟฟา้ มาตรฐานรีดักชัน ในตารางหรอื ไม่ อย่างไร …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. เขียนสมการเคมีของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้น และต้องใช้แหล่งกาเนิดไฟฟ้าที่มีอีเอ็มเอฟมากกว่า เทา่ ใดเพื่อทาให้เกิดปฏกิ ริ ยิ า ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 42 อเิ ลก็ โทรไลต์ เป็นเซลล์ที่ทาหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานเคมี หรือเป็นเซลล์ที่ต้องใส่กระแสไฟฟ้าเข้าไป เพือ่ ใหเ้ กดิ ปฏิกิริยาเคมี สว่ นประกอบที่สาคัญของเซลล์อิเลก็ โตรลติ กิ คือ 1. แหลง่ พลังงานไฟฟ้า (ไฟฟ้าทีใ่ ช้ต้องเป็นกระแสตรง) 2. ขัว้ ไฟฟ้า (Eloctrode) 2 ขั้ว จุม่ อยู่ในสารละลาย electrolyte 3. สารละลาย electrolyte การแยกนา้ ดว้ ยกระแสไฟฟา้ ปฏิกริ ยิ าดา้ นแคโทด : H+ ในสารละลายมีศักยไ์ ฟฟ้าสูงกว่านา้ จึงรับอิเลก็ ตรอนเกิดแกส๊ ไฮโดรเจน ดังสมการ 2H+ (aq) + 2e- → H2 (g) ( 2H+ (aq) + 2e- → H2 (g) E0 = 0.00 V 2H2O (l) + 2e- → H2 (g) + 2OH- (aq) E0 = -0.83 V ) ปฏกิ ิริยาด้านแอโนด : น้าเกดิ ออกซเิ ดชันไดง้ า่ ยกวา่ SO42- ในสารละลาย จงึ ให้อเิ ลก็ ตรอนเกิดแกส๊ 1 ออกซิเจนดังสมการ H2O (l) → 2 O2 (g) + 2H+ (aq) + 2e- ( 1 O2 (g) + 2H+ (aq) + 2e- → H2O (l) E0 = +1.23 V 2 S2O82- (aq) + 2e- → 2SO42- (aq) E0 = +2.01 V ) 1 ปฏกิ ิรยิ ารวม : H2O (l) → 2 O2 (g) + H2 (g)

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 43 หลอมเหลว r Nada Wheat กาหนดให้ → 2Cl- E0 = +1.36 V Cl2 + 2e- → Na E0 = -2.71 V Na+ + e- Cl- Na+ ปฏกิ ิริยาด้านแคโทด ปฏกิ ริ ิยาดา้ นแอโนด ..........2.......N......a.....t...t..........2...5.............→..................2...N....a......C...s...)...............................E.....'.r..e..............=.......-.....2...... .H......V............. ...........2.......C.....l..-... ....... ... .... ... ....... ... .→..................C.......l..z.....t...z....e......... ... .... ... ....... .... ' .-.. ..1.....3....6......V.............. ..E............=............ ปฏกิ ิรยิ า redox ......2.....N......a....t........-..1...2....c...L....-.............→...................2.....N.....a....t..s.....)......t....c.....h........................................................................ E0cell .........E....o.....n.........t...............E...o....o...x........=..................L...-....2.......7...7..../..-...1............I..-......1..0...3...6.....)................................................ สารละลาย reforming = - 4.07 V Eats :. . 1. ในกรณีทข่ี ั้วไมม่ สี ว่ นรว่ มในการเกิดปฏิกริ ยิ า \"im Ex 1. จงแยกuสmารลmะลmาย Na2SO4 ด้วยกระแสไฟฟา้ - doors; Hoped Helfand กาหนดสมการให้ดังนี้ c- H2O -3 romantic Na+ + e- → Na E =0 -2.71 V → 2H2O 2e- → H2 + 2OH- he reduction + E0 = -0.83 V a 1 S2O82- + e- → SO42- E0 = +2.01 V 2 E0 = +1.23 V SO42- Na+ 1 H2O H2O 2 O2 + 2H+ + 2e- → H2O ปฏกิ ิรยิ าด้านแคโทด .......2....1...-...1...2....0....+....2....5..........→.................H....z.....-...1...2......O...H....'..........................E.....r...e.........=........-......0.......8....3.......................... ปฏกิ ิรยิ าดา้ นแอโนด .....H....2....O...........→...........{......O...z.........+....2......H.....t.....+......2...E....................................E.....:..X..........=.......-.....1.....2...3.............................. ปฏกิ ริ ยิ า redox ....H...2..O.......→.................2...1..0....2......f..-....H...z............................................................................................................................... E0cell = ....E....r..e.........+.....t..o.....y..........=....L.....-....0.....8...3....).....+......L...-...1.....2...3....).....=......-....2.....0...6..................................................................... zszqHoran ;'- \" :E = A Eo so → +E - biform's , sin tho → 2144 -112oz -125 Ear = - 1.23 nor's reduction → naturalMorton's oxidation

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 44 เปรยี บเทยี บระหวา่ งเซลลไ์ ฟฟา้ เคมี (เซลลก์ ลั วานกิ ) กบั (เซลลอ์ เิ ลก็ โทรไลต)์ หัวขอ้ เปรยี บเทียบ เซลลก์ ัลวานกิ เซลลอ์ เิ ลก็ โทรไลต์ 1. การเปลีย่ นรูปพลังงาน 2. ขั้วกับการเกดิ ปฏิกิรยิ า เปลย่ี นพลังงานเคมี →ไฟฟ้า เปลย่ี นพลังงานไฟฟา้ → เคมี Anode เกดิ oxidation เปน็ ขัว้ ลบ 3. E0 Cathode เกดิ Reduction เป็นขั้วบวก Anode เกดิ oxidation เป็นขัว้ บวก 4. ประโยชน์ เป็นบวก Cathode เกิด Reduction เป็นขั้วลบ เปน็ แหลง่ ผลติ เชือ่ เพลงิ เช่น ถา่ นไฟฉาย หรอื เซลล์เชื้อเพลิง เปน็ ลบ ใช้ชุบโลหะ ใชท้ าโลหะให้บริสุทธ์ิ ใช้แยกสารละลาย ทาโลหะใหบ้ รสิ ทุ ธ์ิ โดยใชเ้ ซลลอ์ เิ ลก็ โทรไลต์ หลักการทาโลหะใหบ้ รสิ ทุ ธ์ิ 1. โลหะทีไ่ ม่บรสิ ุทธ์ิเป็นแอโนด (ขั้วบวก) ต่อเข้ากับขัว้ แคโทด (ขั้วบวก) ของแบตเตอรี่ โลหะทีบ่ รสิ ุทธิ์เปน็ แคโทด (ขัว้ ลบ) ตอ่ เขา้ กับขั้วแอโนด (ขั้วลบ) ของแบตเตอรี่ 2. ใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยไอออนของโลหะที่ใชเ้ ปน็ ขัว้ แคโทด (ขั้วลบ) 3. ใช้กระแสไฟฟ้าตรง การทาโลหะใหบ้ รสิ ุทธิ์ โดยใช้เซลลอ์ เิ ลก็ โทรไลต์ 1. การทาทองแดงให้บรสิ ุทธ์ิ การทาทองแดงใหบ้ ริสุทธิ์ เมื่อต่อเซลลใ์ หค้ รบวงจรตามรูป ปรับคา่ ความต่างศกั ย์ใหเ้ หมาะสมให้ Cu และโลหะอื่นๆ ที่เสีย e— ได้งา่ ย เท่านั้น ที่แตกตัวกลายเป็นไอออนลงสู่สารละลาย เช่น Fe, Zn ดังนั้น ในสารละลายจะมี Cu2+(aq), Fe2+(aq), Zn2+(aq) ส่วนโลหะทีเ่ สีย e— ยากกว่า Cu จะตกตะกอนอยู่ท่ีก้นภาชนะ ได้แก่ Ag, Au, Pt สาหรับสารละลายซึ่งมี Fe2+(aq), Zn2+(aq), Cu2+(aq) จะถูก Reduce ได้ง่ายกว่า ดังนั้น Cu2+(aq) จึง รับ e— ทีแ่ ผ่นทองแดงบรสิ ุทธิ์ กลายเป็น Cu(s) เคลือบอยู่ทผ่ี วิ แผน่ Cu โดยใช้วธิ ีการนีจ้ ะได้ Cu บรสิ ุทธถิ์ งึ 99.95% โดยมวล ประโยชนข์ องทองแดง 1. เนื่องจากเป็นโลหะอ่อน จัดเป็นรูปร่างต่างๆ ได้ง่าย นาไฟฟ้าได้ดี ประโยชน์ส่วนใหญ่จึงใช้ในแง่ของงาน ดา้ นไฟฟา้ เชน่ ทาสายไฟฟา้ อุปกรณแ์ ละเครื่องมือไฟฟ้าต่างๆ หม้อนา้ รถยนต์

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 45 2. โลหะผสมของ Cu มีสว่ นสาคัญตอ่ งานตา่ งๆ มากมาย เช่น โลหะผสม Cu – Zn เรียกว่าทองเหลือง ใช้ประโยชน์สาหรับทากลอนประตู ปลอกกระสุนปืน กุญแจ กระดมุ และใบพัดเรือ เปน็ ตน้ โลหะผสม Cu – Sn เรียกว่าทองสัมฤทธ์ิ ใชท้ าลานนาฬกิ า ปืนใหญ่ ทาระฆัง โลหะผสม Cu – Al ก็จัดวา่ เปน็ ทองสมั ฤทธ์ิอกี ประเภทหนึง่ ถ้ามี Al 25% จะมสี ีคลา้ ยทองจงึ ใช้ทาทองเทียมได้ โลหะผสม Cu 75% Ni 25% ใชท้ าเหรียญกระษาปณ์ 3. สารประกอบของทองแดง ถ้ามีปริมาณมากๆ จะเป็นพิษต่อส่ิงมีชีวิต ดังนั้นจึงใช้สารประกอบของทองแดง บางชนดิ เช่น CuSO4 , 5H2O ละลายในนา้ ทายาฆา่ แมลงและฆา่ เชื้อรา 2. การผลิตโลหะอะลูมเิ นียม (Al) การผสมสินแร่บอกไซด์ (Al2O3) กับสินแร่ไครโอไลต์ (Na3AlF4) ซึ่งของผสมนี้จะมีจุดหลอมเหลวต่า และ สารละลายนีน้ าไฟฟ้าได้ เมือ่ ผา่ นกระแสไฟฟ้าลงในสารละลายจะเกดิ ปฏกิ ิริยาดังนี้ ที่ Anode : 3 O2+(l) → 3 O2 (g) + 6e— 2 ที่ Cathode : 2Al3+ (l) + 6e— → 2Al (l) คารบ์ อน (แอโนด) CO2 (g) คารบ์ อน (แคโทด) Al2O3 ละลายใน Na3AlF4 Al เหลว แต่การผลิตโลหะอะลูมิเนียมด้วยวิธีนี้ยังคงมีค่าใช้จ่ายสูง ดังนั้น โลหะอะลูมิเนียม ส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันจึง ผลิตจากการนาเศษวสั ดุ หรอื ภาชนะอะลูมิเนียมทใ่ี ช้แลว้ กลับมาหลอมใช้ใหม่ 3. การผลติ โลหะแมกนีเซียม (Mg) ขั้นที่ 1 นาน้าทะเลมาทาให้เป็นเบสจะได้ตะกอนของ Mg (OH)2 ขัน้ ที่ 2 แล้วนามาทาปฏิกิริยากับกรด HCl และทาให้แหง้ จะได้ MgCl2 ที่เป็นของแขง็ ขัน้ ที่ 3 เมื่อใหค้ วามรอ้ นจน MgCl2 หลอมเหลวแลว้ ผา่ นกระแสไฟฟา้ ลงไปจะเกดิ ปฏกิ ิรยิ าดังนี้ MgCl2 (l) → Mg2+ (l) + 2Cl— (l) ที่ Anode : 2Cl—(l) → Cl2 (g) + 2e— ที่ Cathode : Mg2+ (l) + 2e— → Mg (l) โลหะแมกนีเซียมน้าหนักเบา แข็งแรงทนทานนาไปใชป้ ระโยชน์ เช่น โลหะแมกนีเซียมผสมกับอะลูมิเนียมใช้ ทาปกี เครื่องบิน ใช้ทาไสห้ ลอดไฟแฟลชเพื่อใชใ้ นการถ่ายรูป เปน็ ต้น

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 46 4. การผลติ โลหะโซเดียม (Na) ทาได้โดยผา่ นกระแสไฟฟ้าลงในสารละลายเกลือแกงบรสิ ุทธ์ิทีห่ ลอมเหลว ปฏิกริ ยิ าที่เกิดขนึ้ เปน็ ดังนี้ 2NaCl (l) → 2Na+ (l) + 2Cl—- (l) ที่ Anode : 2Cl— (l) → Cl2 (g) + 2e— ที่ Cathode : 2Na+ (l) + 2e → 2Na (l) โลหะโซเดียมมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่า มีความวอ่ งไวในการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาสูงมาก ในปัจจุบันมีการใช้ โลหะโซเดียมกันอย่างกว้างขวาง กลา่ วคือ 1. เป็นสารหล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูและเครื่องยนต์บางชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของน้า มาก 2. ใชไ้ อโอโซเดียมบรรจุในหลอดไฟเพื่อทาหลอดไฟสีเหลืองที่มีความสว่างมากกวา่ หลอดไฟธรรมดาถึง 10 เท่า ฝกึ หดั กระแสไฟตรง แทง่ โลหะทองแดงบรสิ ทุ ธิ์ B A แท่งทองแดงไม่บริสุทธิ์ ทองแดงบริสุทธ์ิ C ตะกอนของสารเจือปน ทีแ่ ยกออกมา คาชี้แจง ขอ้ มูลจากรูปต่อไปนีใ้ ชต้ อบคาถามข้อ 1 – 3 1. รูปนี้แสดงการทดลองอะไร ก. แยกทองแดงบริสุทธดิ์ ้วยกระแสไฟฟา้ ข. แยกน้าดว้ ยกระแสไฟฟ้าโดยใช้ทองแดงเปน็ ขั้วไฟฟ้า ค. ทาเซลลส์ ะสมไฟฟ้าแบบทองแดง ง. ทาเซลล์เชือ้ เพลงิ ชนดิ ให้ทองแดงเป็นขัว้ ไฟฟ้า 2. ข้อสรุปตอ่ ไปนี้ขอ้ ใดถูกตอ้ งที่สดุ ก. แทง่ โลหะทองแดง B เป็นขั้วบวก เรียกแคโทด ข. แทง่ โลหะทองแดง B เป็นขั้วบวก เรียกแอโนด ค. แทง่ โลหะทองแดง A เป็นขั้วบวก เรียกแอโนด ง. แทง่ โลหะทองแดง A เป็นขั้วบวก เรียกแคโทด 3. สารละลาย C ทีบ่ รรจุในภาชนะนี้คือสารละลายใด ก. ZnSO4 ข. MnSO4 ค. Na2SO4 ง. CuSO4

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 47 4. ทองแดงที่ถลุงได้จากสินแร่ เมื่อทาให้บริสุทธ์ิโดยใช้หลักการของเซลล์อิเล็กโตรลิตกิ ข้อความต่อไปนี้ ข้อ ใดผิด ก. ใช้ทองแดงถลุงเปน็ แอโนด และทองเดงบริสุทธเิ์ ปน็ แคโทด ข. สารเจือปนในทองแดงถลุงควรมีความสามารถเป็นตัวรีดิวซ์หรือตัวออกซิไดซ์ แตกต่างจากทองแดง มากพอสมควร ค. สารเจอื ปนในทองแดงถลุงที่ถูกออกซิไดซ์ไดย้ ากกวา่ ทองแดงจะตกตะกอนอยู่กกน้ ภาชนะเซลล์ ง. สารละลายในเซลล์เป็นอิเลก็ โตรไลต์อะไรก็ได้ เชน่ CuSO4, ZnSO4 หรือ H2SO4 เป็นตน้ 5. ถ้าต้องการทาภาชนะด้วยโลหะบริสุทธิ์ จานวน 3 ใบ เพื่อใช้ใส่สารละลาย Sn2+ , Cd2+ และ Cr3+ โดย ไม่ให้เกิดการผุกร่อนนัน้ ควรเลือกทาดว้ ยโลหะชนิดใด ก. Cu ข. Ni ค. Fe ง. Al 6. จากรูปการแยกโลหะ A ออกจากโลหะผสม A, B, C, D และ E ข้อสรุปใดถูกต้อง โลหะผสม โลหะ A บริสทุ ธ์ิ อิเลก็ โทรไลต์ กากตะกอน มีโลหะ B, C ก. อเิ ลก็ โทรไลต์ที่ใชใ้ นการทาโลหะให้บริสทุ ธ์ิคือกรด ข. โลหะ B และ C มีค่า E0 > โลหะ A สว่ นโลหะ D และ E มีค่า E0 < โลหะ A ค. โลหะ A บรสิ ุทธิ์ จะเกดิ ขึ้นทีข่ ั้วแอโนด ง. หลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลตส์ ามารถทาโลหะ A บรสิ ุทธถ์ิ ึง 90% กา้ วหนา้ ทางเทคโนโลยที เี่ กยี่ วขอ้ งกบั เซลลไ์ ฟฟา้ เคมี 1. การทาอเิ ล็กโทรไดอะลิซิสนา้ ทะเล (Electrodialysis) อเิ ลก็ โทรไดอะลิซิส เป็นเซลล์ไฟฟา้ เคมีที่ใช้แยกไอออนจากสารละลายโดยให้ไอออนเคลือ่ นผ่านเยือ่ บางๆ ไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีประจุตรงข้าม ทาให้สารละลายที่อยู่ระหว่างขั้วไฟฟ้ามีความเข้มข้นของไอออนลดลง หลักการนี้ สามารถนาไปใชแ้ ยกโซเดียมไอออนและคลอไรด์ไอออนออกจากนา้ ทะเล ซง่ึ เป็นวิธีการผลิตน้าจดื จากน้าทะเลวิธี หนึ่ง

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 48 2. แบตเตอรีอ่ ิเลก็ โทรไลต์แข็ง เปน็ เซลล์กลัวานิก แบบทุติยภูมิ เชน่ เดียวกับเซลลส์ ะสมไฟฟา้ แบบตะกัว่ หรอื เซลล์นิแคด แบตเตอรี่อิเลก็ โทรไลตแ์ ขง็ ทีใ่ ช้ TiS2 เปน็ แคโทด ดังรูป e- e- มอเตอร์ Li Li+ TiS2 แคโทด อเิ ลก็ โทรไลตแ์ ข็ง (พอลิเมอร)์ ที่ Anode : Li(s) → Li+(ในอเิ ล็กโทรไลตแ์ ข็ง) + e— ที่ Cathode : TiS2(s) + e— → TiS2- (s) ทีป่ ฏกิ ริ ยิ ารวม Li(s) + TiS2(s) → Li+(s) + TiS2- (s) หมายเหตุ 1. อิเล็กโทรไลต์แข็ง ทามาจากสารจาพวกพอลิเมอร์ ที่มีสมบัติยอมให้ไอออนผ่านได้ดี แต่ไม่ยอมให้ อิเลก็ ตรอนผา่ นได้ จงึ ทาให้เซลลไ์ ฟฟา้ ชนดิ นีส้ ามารถใชง้ านได้โดยไม่เกิดลัดวงจร 2. ปัจจุบันนี้มีการใช้แบตเตอรี่ชนิดนี้กับรถยนต์ ทาให้ไม่ต้องเติมน้ากลั่น แต่ยังมีราคาแพงมากจึงไม่ นยิ มใช้ แบตเตอรีอ่ เิ ล็กโทรไลต์แขง็ ที่ใช้ MnO2 หรือ V6O13 เปน็ แคโทด ดังรูป e- e- มอเตอร์ แอโนด Li Li+ MnO2 แคโทด อิเลก็ โทรไลต์แขง็ (พอลเิ มอร)์ ที่ Anode : Li(s) → Li+ (ในอิเลก็ โทรไลต์แข็ง) + e— ที่ Cathode : MnO2 (s) + Li+ + e— → LiMnO2 (s) ปฏิกิรยิ ารวม : Li(s) + MnO2 (s) → LiMnO2 (s) เซลล์ชนิดนี้มีศักย์ไฟฟ้าประมาณ 3 โวลต์ ออกแบบให้มีท้ังขนาดเล็กและขนาดใหญ่ เซลล์เล็กเท่าเม็ด กระดุมใช้กับเครื่องคิดเลขขนาดเล็ก นาฬิกาและกล้องถ่ายรูปสาหรับเซลล์ขนาดใหญ่จะใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ เปน็ เซลลท์ ี่สามารถบรรจุไฟได้เชน่ เดียวกับแบตเตอรีร่ ถยนต์

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 49 3. แบตเตอรี่อากาศ แบตเตอรี่อากาศเป็นพัฒนาการของแบตเตอรี่อย่างหนึง่ ซึง่ เป็นเซลลท์ ีใ่ ชอ้ อกซิเจนในอากาศเป็นตัวออก ซิไดส์ ใช้โลหะ เช่น สังกะสีหรืออะลูมิเนียมเป็นตัวรีดิวซ์ และใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้นเป็นอิเล็ก โทรไลต์ แบตเตอรีอ่ ะลูมเิ นียม – อากาศ แบตเตอรี่อะลูมิเนียม – อากาศที่ใช้โลหะอะลูมิเนียมเป็นแอโนด เมื่อต่อเซลล์โลหะอะลูมิเนียมจะ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ Al3+ แต่ในสารละลายมีความเข้มข้นของ OH— มาก จึงเกิดไอออนเชิงซ้อน [Al(OH)4] สว่ นที่แคโทดซึ่งใช้แท่งคาร์บอนเป็นขัว้ ไฟฟา้ แก๊สออกซิเจนและน้าเกดิ ปฏกิ ิริยารีดักชันได้ OH— ปฏิกิริยาที่เกิดข้ึน ภายในเซลล์เปน็ ดังนี้ แอโนด : 4 {Al(s) + 4OH—(aq) → [Al(OH)4]—(aq) + 3e—} E0 = -2.31 V แคโทด : 3 {O2(g) + 2H2O(l) + 4e— → 4OH—(aq)} E0 = 0.401 V ปฏกิ ริ ิยารวม : 4Al(s) + 3O2(g) + 6H2O(l) + 4OH—(aq) → 4[Al(OH)4]—(aq) E0cell = E0แคโทด - E0แอโนด = E0 (O2lOH-) - E0 ([Al(OH4)]- lAl) = 0.401 V - (-2.31 V) = 2.711 V ในขณะใช้งาน [Al(OH)4] ที่เกิดขึ้นในแบตเตอรี่จะเปลี่ยนไปเป็น Al(OH)3 เคลือบโลหะอะลูมิเนียม ดังนั้น หลังจากใช้งานในรถยนต์ได้ระยะทางประมาณ 200 กิโลเมตร จึงต้องมีการกาจัด Al(OH)3 ออกไปเนื่องจาก Al(OH)3 เป็นฉนวนไฟฟ้า แบตเตอรี่สังกะสี – อากาศ ดังรูป ปฏกิ ริ ยิ าทีเ่ กดิ ขน้ึ ภายในเซลลเ์ ป็นดังนี้ → Zn2+(aq) + 2e- แอโนด : Zn(s) แคโทด : 1 O2(g) + 2e- → O2-(g) 2 ปฏกิ ิรยิ ารวม : Zn(s) + 1 O2(g) → ZnO(s) 2 เมื่อนาแบตเตอรี่ไปประจุไฟ แก๊สออกซิเจนจะถูกปล่อยออกจากแบตเตอรี่ ส่วนซิงค์ออกไซด์จะถูกรีดิวซ์ ไปเป็นสงั กะสี

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 50 กลั วานกิ กบั ความเขม้ ขน้ เซลกัลวานิก จะประกอบดว้ ย 2 ครึง่ เซลลท์ ี่ต่างกันโดยที่ความเขม้ ขน้ จะเท่ากันหรือไมก่ ็ได้ แตเ่ ซลลค์ วาม เข้มขน้ จะประกอบดว้ ย 2 ครึง่ เซลลท์ ี่เหมือนกันโดยมีความเข้มขน้ ของ electrolyte ไม่เท่ากัน A BA A A+ 0.5 M B+ 0.4 M A+ 0.1 M A+ 0.5 M เซลล์กัลวานกิ เซลลค์ วามเขม้ ข้น เซลล์ความเข้มข้นจะมีการถ่ายโอนไอออนจากคร่ึงเซลล์ที่มีความเข้มข้นสูงไปต่า ในขณะเดียวกัน อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากครึ่งเซลล์ที่มีความเข้มข้นต่าไปสูง เมื่อเวลาผ่านไปสารละลายในคร่ึงเซลล์ท้ังสองจะมี ความเขม้ ขน้ เทา่ กัน แรงเคลือ่ นไฟฟ้าของเซลล์จะสูงในตอนแรกและลดตา่ ลงตามลาดับจนเท่ากับศนู ย์ Ag Ag Ag+ 0.01 M A+ 0.1 M แผนภาพแทนเซลล์ Ag(s) / AgNO3(0.01M) // AgNO3(0.1M) / Ag(s) Anode : Ag(s) → Ag+ (0.01M) + e- Cathode : Ag+(0.1M) + e- → Ag (s) ____________________________________ Redox : Ag+(0.1M) → Ag+ (0.01M) ***ขอใหน้ กั เรยี นทกุ คนโชคด*ี **

เ ค มี ไ ฟ ฟ้ า ห น ้ า | 51 เอกสารประกอบการเรียน วิชา เคมี ว3222…… เรื่อง เคมีไฟฟ้า ระดบั ชนั้ มธั ยมศกึ ษาปที ี่ 5 ภาคเรยี นที่ 2 ผสู้ อน ครธู ณฏั ฐา คงทน ครูณฐั พล ตฤณเกศโกศล ชื่อ.................................................................................... ชนั้ ม. 5/……………..เลขท…ี่ …………………