Electrolysis of water?
Can anyone help me with these tasks?
Tasks:
- Write down the overall equation and the partial equations for the electrolysis of water.
- Explain the color change of the indicator. Using reaction equations, explain the changes that occur in the cathode and anode compartments with respect to the ammonium and acetate ions.
Material:
Experiment: Electrolysis of water in an ammonium acetate solution with the addition of
Bromothymol blue
Materials:
U-tube, tripod material (or the vessels for electrolysis known from class), 2 carbon electrodes, 2 cables, DC voltage source
Chemicals: aqueous ammonium acetate solution (aq) mixed with indicator solution (bromothymol blue)
Procedure: Set up the materials for the experiment and electrolyze the solution for 5-10 minutes with a voltage of 5-10 volts.
Observation: After a short time, gas evolution can be observed at both electrodes. At electrode A (cathode), connected to the negative pole of the DC voltage source, more gas evolution is observed than at electrode B (anode), connected to the positive pole of the DC voltage source. After some time, a distinct blue coloration of the originally green solution can be observed at the cathode. At the anode, however, a distinct yellow coloration of the previously green solution can be observed.
Note: Bromothymol blue has a pKa value of 6.8.
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Gesamtgleichung der Elektrolyse:
2 H₂O(l) → 2 H₂(g) + O₂(g)
Diese Gleichung zeigt die Gesamtreaktion, bei der Wassermoleküle durch den elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden.
Teilgleichungen:
Farbumschlag des Indikators:
Der genaue Farbumschlag hängt von dem verwendeten Indikator ab. Allgemein lässt sich jedoch sagen, dass sich der pH-Wert im Kathodenraum erhöht, da dort Hydroxid-Ionen (OH⁻) gebildet werden. Ein pH-Indikator, der im basischen Bereich umschlägt (z.B. Phenolphthalein), würde hier eine Farbänderung zeigen. Im Anodenraum hingegen sinkt der pH-Wert, da dort Hydronium-Ionen (H₃O⁺) gebildet werden. Ein pH-Indikator, der im sauren Bereich umschlägt (z.B. Methylorange), würde hier eine Farbänderung zeigen.
Änderungen im Kathoden- und Anodenraum bezüglich der Ammonium- und Acetat-Ionen:
Zusammenfassung:
Bei der Elektrolyse von Wasser mit einem Ammonium-Acetat-Elektrolyten treten folgende Veränderungen auf:
Die Ki lässt grüßen aber sollte fein sein (;
Typische AI-Antwort. Vieles stimmt, anderes ist subtil daneben bis inkohärent falsch. Wie kommt z.B. die Essigsäure ins Spiel?
besser als nichts habe mit meiner Zeit besseres vor als die Hausaufgaben von anderen zu machen, und habe deshalb KI lässt grüßen dazu gesagt
Bromthymolblau ist ein Indikator, der im Sauren gelb und im Alkalischen blau gefärbt ist. In neutralem Wasser kann er sich nicht so recht entscheiden und ist daher grün (weil sein pKₐ knapp an 7 liegt).
An der Kathode wird reduziert:
2 H₂O + 2 e¯ ⟶ H₂ + 2 OH¯
es bildet sich Wasserstoff (ein Molekül pro zwei Elektronen Stromfluß) und es entstehen OH¯-Ionen als Nebenprodukt, also wird die Lösung alkalisch und der Indikator färbt sich blau.
An der Anode wird oxidiert
6 H₂O ⟶ O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e¯
es bildet sich Sauerstoff (nur ein Molekül pro vier Elektronen, also halb soviel Gas wie an der Kathode), und die nebenher gebildeten H₃O⁺ machen die Lösung sauer, daher färbt sich das Bromthymolblau gelb.
Beachte, daß sich pro verbrauchtem Elektron aus dem Stromkreis genau ein H₃O⁺ bzw. OH¯ bildet. Wenn Du während der Elektrolyse rührst, so daß die Ionen quer durch die Lösung flutschen können, dann neutralisieren sie sich genau weg; der pH der Gesamtlösung verändert sich also nicht durch die Elektrolyse.