La electricidad puede hacer algo asombroso: puede romper un compuesto. Pasa una corriente a través de un compuesto fundido o disuelto, y se divide en sus elementos.…
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4.1
Electrólisis
Syllabus
English
Core
Supplement
1 Define electrolysis as the decomposition of an ionic compound, when molten or in aqueous solution, by the passage of an electric current
8 Describe the transfer of charge during electrolysis to include: (a) the movement of electrons in the external circuit (b) the loss or gain of electrons at the electrodes (c) the movement of ions in the electrolyte
2 Identify in simple electrolytic cells: (a) the anode as the positive electrode (b) the cathode as the negative electrode (c) the electrolyte as the molten or aqueous substance that undergoes electrolysis
3 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of: (a) molten lead(II) bromide (b) concentrated aqueous sodium chloride (c) dilute sulfuric acid using inert electrodes made of platinum or carbon/graphite
9 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of aqueous copper(II) sulfate using inert carbon/graphite electrodes and when using copper electrodes
4 State that metals or hydrogen are formed at the cathode and that non-metals (other than hydrogen) are formed at the anode
5 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a binary compound in the molten state
10 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a halide compound in dilute or concentrated aqueous solution
11 Construct ionic half-equations for reactions at the anode (to show oxidation) and at the cathode (to show reduction)
6 State that metal objects are electroplated to improve their appearance and resistance to corrosion
7 Describe how metals are electroplated
Español
Núcleo
Suplemento
1 Definir la electroálisis como la descomposición de un compuesto iónico, cuando está fundido o en solución acuosa, mediante el paso de una corriente eléctrica
8 Describir la transferencia de carga durante la electroálisis para incluir: (a) el movimiento de electrones en el circuito externo (b) la pérdida o ganancia de electrones en los electrodos (c) el movimiento de iones en el electrolito
2 Identificar en celdas electrolíticas simples: (a) el ánodo como el electrodo positivo (b) el cátodo como el electrodo negativo (c) el electrolito como la sustancia fundida o acuosa que se somete a electroálisis
3 Identificar los productos formados en los electrodos y describir las observaciones realizadas durante la electroálisis de: (a) bromuro de plomo(II) fundido (b) cloruro de sodio acuoso concentrado (c) ácido sulfúrico diluido utilizando electrodos inertes de platino o carbón/grafito
9 Identificar los productos formados en los electrodos y describir las observaciones realizadas durante la electroálisis de sulfato de cobre(II) acuoso utilizando electrodos inertes de carbón/grafito y cuando se utilizan electrodos de cobre
4 Indicar que los metales o el hidrógeno se forman en el cátodo y que los no metales (distintos del hidrógeno) se forman en el ánodo
5 Predecir la identidad de los productos en cada electrodo para la electroálisis de un compuesto binario en estado fundido
10 Predecir la identidad de los productos en cada electrodo para la electroálisis de un compuesto haluro en solución acuosa diluida o concentrada
11 Construir ecuaciones semipares iónicas para reacciones en el ánodo (para mostrar la oxidación) y en el cátodo (para mostrar la reducción)
6 Indicar que los objetos metálicos se galvanizan para mejorar su apariencia y resistencia a la corrosión
7 Describir cómo se galvanizan los metales
Source: Cambridge International syllabus · Fuente: Plan de estudios Cambridge International
English
Electrolysis: ions discharge at the electrodes
Electrolysis 电解 is the breaking down (decomposition 分解) of an ionic compound 离子化合物 — when it is molten 熔融 or in aqueous 水溶液 solution — by passing an electric current 电流 through it.
It only works when the substance is molten or dissolved, because then the ions 离子 are free to move and carry the charge. A solid ionic compound cannot be electrolysed because its ions are locked in place.
The electrolytic cell
The set-up is called an electrolytic cell 电解池. Two electrodes 电极 (solid conductors) dip into the electrolyte 电解质 — the molten or aqueous substance being broken down.
The anode 阳极 is the positive ($+$) electrode.
The cathode 阴极 is the negative ($-$) electrode.
The electrodes are often inert 惰性 (they do not react), such as platinum 铂 or carbon/graphite 石墨.
What is formed at each electrode
There is a simple rule:
Metals 金属 or hydrogen 氢气 are formed at the cathode.
Non-metals 非金属 (other than hydrogen) are formed at the anode.
For aqueous solutions, the product can depend on whether the solution is dilute 稀 or concentrated 浓. Here are the three Core examples:
Electrolyte
At the cathode ($-$)
At the anode ($+$)
molten lead(II) bromide, $\text{PbBr}_2$
lead 铅 (silvery liquid)
bromine 溴 (red-brown vapour)
concentrated aqueous sodium chloride
hydrogen (bubbles of gas)
chlorine 氯气 (pale green gas)
dilute sulfuric acid 硫酸
hydrogen (bubbles of gas)
oxygen 氧气 (bubbles of gas)
Worked example. Predict the products of electrolysing molten zinc chloride, $\text{ZnCl}_2$. Because it is molten, only zinc ions and chloride ions are present - there is no water to complicate things. Zinc is a metal, so it forms at the cathode: $\text{Zn}^{2+}$ ions gain electrons and silvery zinc appears. Chlorine is a non-metal, so it forms at the anode: pale green chlorine gas bubbles off. Always check the state first. A molten compound simply gives you its own two elements, while an aqueous one brings water into the competition - which is why concentrated sodium chloride solution gives hydrogen at the cathode rather than sodium.
How the charge moves
During electrolysis:
Electrons 电子 move through the wires (the external circuit 外电路) from the power supply.
At the cathode, positive ions gain electrons. Gaining electrons is reduction 还原.
At the anode, negative ions lose electrons. Losing electrons is oxidation 氧化.
Inside the electrolyte, the ions move: positive ions go to the cathode and negative ions go to the anode.
You can write a half-equation 半反应式 for each electrode. For molten lead(II) bromide:
The product at the anode depends on the electrode:
With inert carbon electrodes: copper 铜 forms at the cathode and oxygen forms at the anode. The blue colour of the solution slowly fades as copper is removed.
With copper electrodes: copper forms at the cathode, while the anode itself dissolves into the solution. The blue colour stays the same. This is used to purify copper.
Electroplating
Electroplating 电镀 means covering a metal object with a thin layer of another metal. This improves its appearance and its resistance to corrosion 腐蚀 (rusting and wearing away).
To electroplate an object:
the object to be coated is made the cathode;
the plating metal is made the anode;
the electrolyte is a solution containing ions of the plating metal.
Español
Electrolisis: los iones se descargan en los electrodos
Electrolisis es la descomposición de un compuesto iónico — cuando está fundido o en solución acuosa — mediante el paso de una corriente eléctrica a través de él.
Una celda de electrolisis descompone un compuesto utilizando una corriente eléctrica.
Solo funciona cuando la sustancia está fundida o disuelta, porque entonces los iones están libres para moverse y transportar la carga. Un compuesto iónico sólido no puede ser electrolizado porque sus iones están fijos en su lugar.
Electrolisis del agua: burbujas de gas se desprenden en cada electrodo y se recogen en los tubos superiores, con aproximadamente el doble de hidrógeno que de oxígeno
La celda electrolítica
El montaje se llama celda electrolítica. Dos electrodos (conductores sólidos) se sumergen en el electrolito — la sustancia fundida o acuosa que se está descomponiendo.
El ánodo es el electrodo positivo ($+$).
El cátodo es el electrodo negativo ($-$).
Los electrodos suelen ser inertes (no reaccionan), como el platino o el carbono/grafito.
Lo que se forma en cada electrodo
Existe una regla simple:
Los metales e hidrógeno se forman en el cátodo; los no metales en el ánodo
Se forman metales o hidrógeno en el cátodo.
Se forman no metales (distintos del hidrógeno) en el ánodo.
Para soluciones acuosas, el producto puede depender de si la solución es diluida o concentrada. Aquí están los tres ejemplos fundamentales:
Electrolito
En el cátodo ($-$)
En el ánodo ($+$)
bromuro de plomo(II) fundido, $\text{PbBr}_2$
plomo (líquido plateado)
bromo (vapor rojizo-marrón)
cloruro sódico acuoso concentrado
hidrógeno (burbujas de gas)
cloro (gas verde pálido)
ácido sulfúrico diluido
hidrógeno (burbujas de gas)
oxígeno (burbujas de gas)
Ejemplo resuelto. Prediga los productos de la electrolisis del cloruro de zinc fundido, $\text{ZnCl}_2$. Al estar fundido, solo hay iones de zinc y iones de cloruro presentes; no hay agua que complique las cosas. El zinc es un metal, por lo que se forma en el cátodo: los iones $\text{Zn}^{2+}$ ganan electrones y aparece zinc plateado. El cloro es un no metal, por lo que se forma en el ánodo: burbujas de gas cloro verde pálido. Siempre revise primero el estado físico. Un compuesto fundido simplemente te da sus dos elementos, mientras que uno acuoso introduce al agua en la competencia — razón por la cual la solución concentrada de cloruro sódico produce hidrógeno en el cátodo en lugar de sodio.
Cómo se mueve la carga
Durante la electrolisis:
Los electrones se mueven a través de los cables (el circuito externo) desde la fuente de alimentación.
En el cátodo, los iones positivos ganan electrones. Ganar electrones es reducción.
En el ánodo, los iones negativos pierden electrones. Perder electrones es oxidación.
Dentro del electrolito, los ones se mueven: los iones positivos van al cátodo y los iones negativos van al ánodo.
Puede escribir una ecuación semirreacción para cada electrodo. Para el bromuro de plomo(II) fundido:
En el bromuro de plomo(II) fundido, $\text{Pb}^{2+}$ se mueve hacia el cátodo y $\text{Br}^-$ hacia el ánodo, donde cada uno se descarga
Electrolisis del sulfato de cobre(II)
El producto en el ánodo depende del electrodo:
Con electrodos de carbono inertes: se forma cobre en el cátodo y oxígeno en el ánodo. El color azul de la solución se desvanece lentamente a medida que se elimina el cobre.
Con electrodos de cobre: se forma cobre en el cátodo, mientras que el propio ánodo se disuelve en la solución. El color azul permanece igual. Esto se utiliza para purificar el cobre.
Galvanoplastia
La galvanoplastia significa cubrir un objeto metálico con una fina capa de otro metal. Esto mejora su apariencia y su resistencia a la corrosión (óxido y desgaste).
Para galvanoplastiar un objeto:
el objeto a revestir se convierte en el cátodo;
el metal de revestimiento se convierte en el ánodo;
el electrolito es una solución que contiene iones del metal de revestimiento.
Para realizar el chapado eléctrico, convierta el objeto en cátodo y el metal de chapado en ánodo, en una solución de iones del metal de chapado
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Dentro de una celda de electrólisis
Seleccione un electrolito y observe el movimiento de iones: iones positivos hacia el cátodo, iones negativos hacia el ánodo.
Hydrogen–oxygen fuel cells · Pilas de combustible de hidrógeno-oxígeno
Syllabus
English
Core
Supplement
1 State that a hydrogen–oxygen fuel cell uses hydrogen and oxygen to produce electricity with water as the only chemical product
2 Describe the advantages and disadvantages of using hydrogen–oxygen fuel cells in comparison with gasoline/petrol engines in vehicles
Español
Básico
Complementario
1 Indicar que una pila de combustible de hidrógeno-oxígeno utiliza hidrógeno y oxígeno para producir electricidad, siendo el agua el único producto químico
2 Describir las ventajas e inconvenientes del uso de pilas de combustible de hidrógeno-oxígeno en comparación con los motores de gasolina/petrol en vehículos
Source: Cambridge International syllabus · Fuente: Plan de estudios Cambridge International
English
A fuel cell 燃料电池 uses hydrogen and oxygen to make electricity directly. The only chemical product is water.
It is useful to compare a fuel cell with a normal petrol (gasoline) engine in a vehicle.
Hydrogen–oxygen fuel cell
Petrol engine
Main product
water only
carbon dioxide and pollutants 污染物
Effect on air
clean
adds to air pollution
Fuel storage
hydrogen is hard and dangerous to store (flammable, needs high pressure)
petrol is easy to store
Source
hydrogen may be made using fossil fuels
made from crude oil
Advantages of the fuel cell: the only product is water, so it does not pollute the air, and it changes chemical energy into electricity efficiently. Disadvantages: hydrogen is hard to store and transport safely, and producing the hydrogen can still use energy from fossil fuels.
Español
Una pila de combustible utiliza hidrógeno y oxígeno para generar electricidad directamente. El único producto químico es el agua.
Una pila de combustible de hidrógeno-oxígeno convierte la energía química directamente en electricidad, con el agua como único producto
Es útil comparar una pila de combustible con un motor de gasolina normal en un vehículo.
Pila de combustible de hidrógeno-oxígeno
Motor de gasolina
Producto principal
solo agua
dióxido de carbono y contaminantes
Efecto en el aire
limpio
contribuye a la contaminación del aire
Almacenamiento del combustible
el hidrógeno es difícil y peligroso de almacenar (inflamable, necesita alta presión)
la gasolina es fácil de almacenar
Fuente
el hidrógeno puede producirse usando combustibles fósiles
se obtiene del petróleo bruto
Ventajas de la pila de combustible: el único producto es el agua, por lo que no contamina el aire, y convierte eficientemente la energía química en electricidad. Desventajas: el hidrógeno es difícil de almacenar y transportar de forma segura, y la producción del mismo aún puede requerir energía procedente de combustibles fósiles.
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Dentro de una pila de combustible de hidrógeno y oxígeno
Recorra el funcionamiento de una pila de combustible. El hidrógeno y el oxígeno se combinan para formar agua, y la energía de esa reacción se libera como electricidad — sin dióxido de carbono.
At the cathode (negative) you get a metal or hydrogen; at the anode (positive) you get a non-metal. Positive ions move to the cathode, negative ions to the anode.
A molten compound just gives its two elements. An aqueous solution can give something different (concentrated sodium chloride gives hydrogen and chlorine, not sodium).
Reduction is gain of electrons (at the cathode); oxidation is loss of electrons (at the anode). Remember OIL RIG.
In a half-equation the atoms and the charges must balance, with the electrons on the correct side: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cathode).
To electroplate an object, make it the cathode, make the plating metal the anode, and use a solution containing ions of the plating metal.
Español
En el cátodo (negativo) se obtiene un metal o hidrógeno; en el ánodo (positivo) se obtiene un no metal. Los iones positivos se mueven hacia el cátodo y los iones negativos hacia el ánodo.
Un compuesto fundido simplemente proporciona sus dos elementos. Una solución acuosa puede dar algo diferente (el cloruro sódico concentrado produce hidrógeno y cloro, no sodio).
La reducción es la ganancia de electrones (en el cátodo); la oxidación es la pérdida de electrones (en el ánodo). Recuerde OIL RIG.
En una ecuación semirreacción, los átomos y las cargas deben equilibrarse, con los electrones en el lado correcto: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cátodo).
Para galvanoplastiar un objeto, hágalo el cátodo, haga que el metal de revestimiento sea el ánodo y utilice una solución que contenga iones del metal de revestimiento.
Interactive lessons on this topic · Lecciones interactivas sobre este tema
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