Elektrolyse van water bestudeerd met een QX3

Datum: maart 2003

Principe:

M.b.v. een QX3 microscoop bestuderen we de elektrode reacties van dichtbij.

Materiaal:

  • Zout
  • fenolftaleine-indicator opl.
  • Water
  • Methylrood (indicator)
  • Kaliumchloride
  • Batterij 9V
  • QX3 microscoop
  • Batterijclip met kabels
  • Grafiet (potloodstiften)
  • Petrischaal

Uitvoering:
  • Plaats een dunne laag water in de petrischaal.
  • Voeg enkele korrels zout toe en een druppel fenolftaleine.
  • Plaats de petrischaal onder de microscoop en stel de vergroting in op 10x.
  • Plaatse de batterijclip op de batterij en verbind de kabels met de grafiet elektrodes.
  • Plaats de elektrodes in de schaal. Let erop dat ze elkaar niet raken.
  • Maak een QX3 filmpje waarbij elke seconde een foto wordt genomen.
  • Licht eventueel bij met een lamp.

 

Meetresultaten en uitwerking:

YouTube link: Elektrolyse van water

 We zien dat er bij de bovenste elektrode een heftige gasontwikkeling plaatsvindt.

We zien dat bij de bovenste elektrode de kleur van de oplossing rose wordt.

 We zien ook dat de rosé kleur de andere elektrode niet raakt.

Discussie en conclusie:

Elektrolyse is een proces waarbij een chemische reactie wordt uitgevoerd door een elektrische stroom. Bij de elektrolyse van water wordt water geoxideerd aan de anode (negatief) en gereduceerd aan de kathode (positief) volgens de volgende reactie.
2H2O  +  2e-  -->  2OH-  +  H2   kathode Eored = +0.83 V
2H2O  -->  O2  +  4H+  +  4e-  anode Eoox = -1.23 V
netto reactie:  6H2O  -->  4OH-  +  4H+  +  2H2  +  O2
hetgeen vereenvoudigd kan worden tot:  2H2O  -->  2H2  +  O2

Fenolftaleine wordt kleurt rose in een basische oplossing. We kunnen de kathode dus herkennen aan de rosé kleur van de oplossing, door de OH- productie is deze alkalisch. Tevens kunnen we de kathode herkennen aan de grotere productie van gas. Beide elektrodes produceren gas. De kathode echter produceert twee moleculen waterstof t.o.v. een molecuul zuurstof aan de anode. 
De anode produceert zuurstof maar ook zuur (H+) hetgeen de base (OH-) neutraliseer onder vorming van water (H2O). Daarom zal de roze kleur de anode nooit raken.

We kunnen echter nog meer uitspraken over deze reactie doen, we kunnen nl. de evenwichtsconstante uitrekenen.

Met de wet van Nernst:

pA + qB + … + ne ó rC + sD + …

Eo is de normaalpotentiaal (V)

F = Faradayconstante – 96500 C/eq

T is de absolute temperatuur (K)

n = aantal elektronen die bij de reactie betrokken  zijn.

Als P=1 atm en a=1 kan de Nernstvergelijking getransformeerd worden in de logvergelijking en kunnen we dus schrijven.


Hetgeen ons verteld dat de reactie volledig naar links, aan de waterkant ligt. 
Ook als we de pH gaan invullen (pH=7), veranderd dat niets aan deze conclusie.
 

Hetgeen weer betekent dat, om deze reactie te laten verlopen er veel energie nodig, die we er dus eerst moeten instoppen hetgeen we doen door er een batterij op aan te sluiten.

Opmerkingen:

  • Om een betere geleidbaarheid te verkrijgen worden enkele korrels zout toegevoegd.

  • We bediscussiëren hier niet de volledige elektrochemische cel. Dan zouden we nl. ook het potentiaalverschil t.o.v. de elektrodes (C) erin moeten betrekken. 

  • We hebben reeds eerder een waterelektrolyse uitgevoerd m.b.v. een Hoffman apparaat.

Literatuur:

Relevante websites:

16-01-2017