electrolytic cell

2. ทบทวน เซลล์ไฟฟ้าเคมีแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด คือ
1. เซลล์กัลวานิก(Galvanic cell)
2. เซลล์อิเล็กโทรไลติก(Electrolytic cell)
ปฏิกิริยาเคมี → กระแสไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้า → ปฏิกิริยาเคมี
เรียกกระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์ว่า กระบวการอิเล็กโทรลิซิส

3. หรือ กระบวนการแยกสารด้วยไฟฟ้า
คือ กระบวนการที่ต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าจากภายนอก
เข้าไปภายในเซลล์ไฟฟ้าเคมีเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีและ
เกิดสารใหม่
อิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis)
เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เกิดกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส
เรียกว่า เซลล์อิเล็กโทรไลต์

4. เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic cell)
ส่วนประกอบ
1. แหล่งให้พลังงานไฟฟ้า(external circuit)
2.ขั้วไฟฟ้า (electrode) 2 ขั้ว คือ ขั้ว cathode
และขั้ว anode
ออกซิเดชัน → เกิดที่ขั้วแอโนด (ขั้วบวก)
รีดักชัน → เกิดที่ขั้วแคโทด (ขั้วลบ)
3. สารละลายอิเล็กโทรไลต์

5. หลักการทางาน
ไอออนลบ → วิ่งไปที่ขั้วแอโนด (ขั้วบวก) → เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน
ไอออนบวก → วิ่งไปที่ขั้วแคโทด (ขั้วลบ) → เกิดปฏิกิริยารีดักชัน

7. สารอิเล็กโทรไลต์ที่นิยมใช้ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ คือ
1. สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว
2. สารละลายที่มีน้าเป็นตัวทาละลาย
3. น้า

8. 1. การแยกสารสารประกอบไอออนิกที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้า
ตัวอย่าง การแยก NaCl ที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้า
Anode (ออกซิเดชัน) : 2 Cl− Cl2(g)+ 2e–
Cathode (รีดักชัน) : 2Na++ 2e− 2Na(l)
ปฏิกิริยารวม : 2Cl− + 2 Na+ Cl2(g) + 2Na(l)

9. ตัวอย่าง การแยก CaCl2 ที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้า
Anode (ออกซิเดชัน) : 2 Cl− Cl2(g)+ 2e–
Cathode (รีดักชัน) : Ca 2+ + 2e– Ca(l)
ปฏิกิริยารวม : 2 Cl− + Ca 2+ Cl2(g) + Ca(l)

10. เซลล์อิเล็กโทรไลต์
anode
oxidation
ไอออนลบ
แกร์ไฟต์
หรือ Pt
cathode
reduction
ไอออนบวก
แกร์ไฟต์
หรือ Pt
แบบฝึกหัด 8 หน้า 132
+
-

11. cathode บวก
anode ลบ
สะพานเกลือ
โวลต์มิเตอร์
A
B
reduction
oxidation
B A
A

12. K+ (l) + e- -----> K (l) 2I− (l) -----> I2 (g) + 2e-
2K+ + 2I− (l) -----> 2K(l) + I2 (g)
oxidation
reduction
K+
K (l)
I−
I2

13. แบบฝึกหัด
สารไอออนิกหลอมเหลว ปฏิกิริยาที่แอโนด ปฏิกิริยาที่แคโทด
NaI
CuBr2
CaF2
2I− (l) -----> I2 (g) + 2e-
2Br− (l) -----> Br2 (g) + 2e-
2F− (l) -----> F2 (g) + 2e-
Na+ (l) + e- -----> Na (l)
Cu2+ (l) + 2e- -----> Cu(l)
Ca2+ (l) + 2e- -----> Ca(l)

14. 2.การอิเล็กโทรลิซิสสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้น้าเป็นตัวทาละลาย
ตย. การแยกสารละลาย CuSO4 ด้วยกระแสไฟฟ้า
สารละลาย CuSO4
ประกอบด้วย Cu2+ SO4
2-และ H2O

15. เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี
เข้าไปในอุปกรณ์แยกสารละลายด้วย
กระแสไฟฟ้าเกิดปฏิกิริยา ดังนี้
แคโทด (ขั้วลบ) ทั้ง Cu 2+ และ H2O มีโอกาสรับอิเล็กตรอน
เปรียบเทียบการรับ e– จากค่า EO ของสองครึ่งปฏิกิริยาดังนี้
Cu 2+(aq) + 2e– → Cu(s) EO = +0.34 V
2H2O(l) + 2e– → H2(g) + 2OH–(aq) EO = –0.83 V
เกิดดีกว่า

17. แอโนด (ขั้วที่ต่ออยู่กับขั้วบวกของแบตเตอรี)
ในสารละลายมี SO4
2- และ H2O ที่มีโอกาสให้อิเล็กตรอนหรือเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน แต่ค่า EO
ของสองครึ่งปฏิกิริยาเป็นดังนี้
½ S2O8
2-(aq) + e– → SO4
2-(aq) EO = +2.01 V
1/2O2(g) + 2H+(aq) + 2e– → H2O(l) EO = +1.23 V
กลับสมการให้ เป็นปฏิกิริยาออกซิเดชัน เพื่อให้สอดคล้องกับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นที่
แอโนด ดังนี้
H2O(l) → 1/2 O2(g) + 2H+(aq) + 2e– EO = –1.23 V
Eo น้อย
เกิดดีกว่า

19. ถึงแม้ในปฏิกิริยาจะมี H+ เกิดขึ้นด้วย และอาจรับอิเล็กตรอนเกิดเป็นแก๊ส H2 แต่เมื่อ
เปรียบเทียบค่า EO จากครึ่งปฏิกิริยาต่อไปนี้
Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s) EO = +0.34 V
2H+(aq) + 2e– → H2(aq) EO= 0.00 V
เกิดดีกว่า
สรุป ปฏิกิริยาการแยกสารละลาย CuSO4 ด้วยกระแสไฟฟ้า
แอโนด : H2O(l) → O2(g) + 2H+(aq) + 2e– EO = −1.23 V
แคโทด : Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s) EO = + 0.34 V
ปฏิกิริยารวม : Cu 2+(aq) + H2O(l) → Cu (s) + O2(g) + 2H+(aq)
= -0.89 V
o
cell
E
=
–

20. อิเล็กโทรลิซิสสารละลาย Na2SO4
ในสารละลาย Na2SO4 จะ
ประกอบด้วย Na+, SO4
2-
และยังมีโมเลกุล H2O

21. อิเล็กโทรลิซิสสารละลาย Na2SO4

22. ตัวอย่าง การแยกสลายน้ำด้วยไฟฟ้า
อุปกรณ์ที่ใช้
1. แบตเตอรี่
2. Pt electrode
3. สารละลาย H2SO4
Anode : 2H2O(l) 1/2O2(g) + 2H+(aq) + 2e–
Cathode : 2H+(aq) + 2e– H2 (g)
ปฏิกิริยารวม : H2O(l) 1/2O2(g) + H2 (g)

23. แกร์ไฟต์
cathode
anode
K+ Br-
H2O
K+ Br−
-2.92
- 0.83
+ 1.23
+ 1.08
K+
H2O
H2 ,OH−
2Br− --- > Br2 +2e−
Br2
2H2O + 2e -- > H2 +2OH−
2H2O + 2Br− -- > H2 +2OH− + Br2
Br−
Br−

24. Pt
cathode
- 0.83
H2O
H+ SO4
2−
anode
+ 1.23
H+ SO4
2−
0 + 2.01
H+ H2O
H+
H2
2H+ + 2e- → H2
H2O
H2O
SO4
2−
O2 , H+
H2O -- > ½ O2 +2H+ + 2e
H2O -- > ½ O2 + H2

25. แบบฝึกหัด
สารละลายที่ใช้แยก
ด้วยไฟฟ้า
ผลิตภัณฑ์ที่แอโนด(+) ผลิตภัณฑ์ที่แคโทด(-)
KI
MgBr2
LiCl
H2(g), OH-
H2(g), OH-
H2(g), OH -
I2(g)
Br2(g)
O2(g), H+

26. ประโยชน์อิเล็กโทรลิซิสในทางอุตสาหกรรม

27. 1. การผลิตโลหะโซเดียม ใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า Down Cell
อุปกรณ์
1. แหล่งจ่ายไฟ
2. cathode :เหล็ก
anode : แกร์ไฟต์
3. NaCl หลอมเหลว
Anode : 2 Cl− Cl2(g)+ 2e−
Cathode : 2 Na++ 2e − 2Na(l)
ปฏิกิริยารวม : 2 Cl− + 2 Na+ Cl2(g) + 2Na(l)

28. 2 การผลิตโลหะอะลูมิเนียม (กระบวนการฮอล)
ในธรรมชาติพบอะลูมิเนียมในรูปสารประกอบ
เช่น แร่บอกไซต์ มี Al2O32H2O ร้อยละ 85
โดยมวล เมื่อนามาแยกสิ่งเจือปนออกแล้วเผา
ที่อุณหภูมิ 120OC จะได้อะลูมินาที่ไม่มีน้า
ผลึกคือ Al2O3 เป็นวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต
อะลูมิเนียม การผลิตอะลูมิเนียมมี 2 วิธี ดังนี้

29. 4.2 การผลิตโลหะอะลูมิเนียม (กระบวนการฮอล)
วิธีที่ 1 ถลุงแร่บอกไซต์ด้วยความร้อนแล้วรีดิวซ์ Al2O3 เพื่อให้ได้อะลูมิเนียม แต่
วิธีนี้หาตัวรีดิวซ์ที่เหมาะสมยาก
วิธีที่ 2 แยกด้วยกระแสไฟฟ้า
นาAl2O3 ซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูง 2045 OC มาผสมกับแร่ไครโอไลต์ Na3AlF6 ที่
หลอมเหลว จะได้ของผสมหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่าลงและนาไฟฟ้าได้ สามารถนาไป
แยกด้วยกระแสไฟฟ้าที่อุณหภูมิประมาณ 1000 OC
ไม่นิยม

30. การผลิตโลหะอะลูมิเนียม (กระบวนการฮอล)
อุปกรณ์
1. แหล่งจ่ายไฟ
2. cathode :แผ่นคาร์บอน
anode : แท่งคาร์บอน
3. Al2O3 ผสม cryolite
Anode : 3O2− 3/2O2(g)+ 6e¯
Cathode : 2Al3++ 6e¯ 2Al(l)
แก๊สออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะทาปฏิกิริยากับคาร์บอนที่แอโนด ได้ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่เป็น CO2
ดังสมการ
C(s) + O2(g) → CO2(g)
ปฏิกิริยารวม : Al2O3(l) + 3C(s)→ Al(l) + CO2(g)

31. 3 การผลิตโลหะแมกนีเซียม
น้าทะเล Mg(OH)2
OH ¯ HCl
เคี่ยวให้แห้ง
MgCl2
นาไปใช้ในเซลล์
อิเล็กโทรไลต์

32. อุปกรณ์
1. แหล่งจ่ายไฟ
2. graphite electrode
3. MgCl2
anode : 2Cl− Cl2 (g) + 2e-
cathode : Mg2+ + 2e- Mg (l)
ปฏิกิริยารวม : 2Cl− + Mg2+ Mg(l) + Cl2(g)

33. 4. การผลิตโลหะทองแดงและการทาให้บริสุทธิ์
อุปกรณ์
1. แหล่งจ่ายไฟ
2. cathode : Cu บริสุทธิ์
anode : Cu ไม่บริสุทธิ์
3. CuSO4 + H2SO4

34. Anode : Cu Cu2+ + 2e-
Fe Fe2+ + 2e-
Zn Zn 2+ + 2e-
Cathode : Cu 2+ + 2e - Cu(บริสุทธิ์99.95%)

35. 5. การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า(Electroplating)
ขั้วแอโนด: โลหะที่ใช้ชุบ
ขั้วแคโทด: โลหะที่ต้องการชุบ
สารละลายอิเล็กโทรไลต์: สารละลายที่มีไอออนของโลหะที่
ใช้เป็นแอโนด
ไฟฟ้า: กระแสตรง
ประโยชน์ เพื่อความสวยงาม เพื่อป้องกันสนิม

36. ตัวอย่าง การชุบช้อนโลหะด้วยเงิน
อุปกรณ์
1. แหล่งจ่ายไฟ
2. cathode : ช้อนโลหะ
anode : แผ่น Ag
3. AgNO3
ขั้วแอโนด(Ag) : Ag(s) Ag+(aq) + e–
ขั้วแคโทด(ช้อน) : Ag+(aq) + e– Ag(s)