Slaan oor na inhoud
Graad 12 · Elektrochemie · Vraestel 2

Elektrolise in die nywerheid

Die chloor-alkali-membraansel, koperraffinering, elektroplatering en aluminiumontginning: die halfreaksies by elke elektrode, waarom elke ontwerpkeuse gemaak word, en die omgewingskoste.

Elektrolitiese selle — ’n vinnige herinnering

Die chloor-alkali-nywerheid (membraansel)

Gekonsentreerde pekel (NaCl(aq)) word geëlektroliseer om chloor, waterstof en natriumhidroksied te maak.

📖 Halfreaksies

Anode (oksidasie): 2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻

Katode (reduksie): 2H₂O(ℓ) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)

Algeheel: 2NaCl(aq) + 2H₂O(ℓ) → Cl₂(g) + H₂(g) + 2NaOH(aq)

Koperraffinering en elektroplatering

✏️ Koper raffineer
1Anode: onsuiwer koper. Katode: ’n dun plaat suiwer koper. Elektroliet: CuSO₄(aq).
2Anode: Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ — die anode word kleiner.
3Katode: Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) — suiwer koper bou op.
4Onreaktiewe onsuiwerhede soos Ag, Au en Pt word nie geoksideer nie; hulle val na die bodem as anodeslyk, wat verkoop word. Meer reaktiewe metale (Zn, Fe) word geoksideer maar bly as ione in oplossing omdat hulle swakker oksideermiddels as Cu²⁺ is.
5Die konsentrasie van Cu²⁺ in die elektroliet bly konstant.

Elektroplatering gebruik dieselfde ontwerp: die voorwerp wat geplateer word, is die katode, die plateermetaal is die anode, en die elektroliet bevat ione van die plateermetaal (byvoorbeeld silwerplatering met ’n Ag-anode en AgNO₃-elektroliet).

Ontginning van aluminium

Omgewingsimpak: die proses gebruik groot hoeveelhede elektrisiteit (in Suid-Afrika meestal van steenkoolkrag, wat CO₂ en SO₂ vrystel); CO₂ word ook by die anodes vrygestel; fluoriedvrystellings kom van die krioliet; bauxietmynbou beskadig grond. Herwinning van aluminium gebruik ongeveer 5% van die energie wat vir ontginning nodig is.
0/8
Gaan die verduidelikings hierbo na.
Antwoord in jou oefeningboek en maak dan elke memorandum oop om jou werk na te sien.
Vraag 1 · (4 punte)
Skryf die halfreaksies by die anode en die katode in die membraansel, en die algehele reaksie.
Wys memorandum
Anode: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻ ✓
Katode: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ ✓
Algeheel: 2NaCl + 2H₂O → Cl₂ + H₂ + 2NaOH ✓✓ (balansering ✓)
Vraag 2 · (3 punte)
Noem TWEE funksies van die membraan in die chloor-alkali-sel.
Wys memorandum
Laat net Na⁺-ione toe om na die katodekompartement te beweeg ✓. Hou Cl₂ en H₂ apart / verhoed dat Cl₂ met NaOH reageer ✓, sodat die NaOH wat gevorm word suiwer is ✓.
Vraag 3 · (4 punte)
By koperraffinering: (a) watter elektrode is onsuiwer koper? (b) Skryf die reduksiehalfreaksie. (c) Verduidelik waarom silwer onder die anode versamel.
Wys memorandum
(a) Die anode ✓
(b) Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu ✓
(c) Silwer is ’n swakker reduseermiddel as koper ✓, dus word dit nie geoksideer nie en val af as anodeslyk ✓.
Vraag 4 · (4 punte)
Gee TWEE redes waarom krioliet by aluminiumontginning gebruik word, en EEN rede waarom die koolstofanodes vervang moet word.
Wys memorandum
Verlaag die smeltpunt/werkstemperatuur van die alumina ✓, wat energie/koste bespaar ✓ (verbeter ook geleidingsvermoë). Suurstof wat by die anode vorm, reageer met die koolstof om CO₂ te vorm, dus word die anodes opgebruik ✓✓.