Springen naar inhoud

[scheikunde] Rendement elektrolyse van water


  • Log in om te kunnen reageren

#1

IvoSpr

    IvoSpr


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 27 november 2010 - 18:55

Ik heb voor een practicum H2O verbroken tot H2 en O2 via elektrolyse.
Uit de gegevens van het experiment moest ik het rendement van de opstelling bepalen (apart aan de kathode en anode)
Dat was allemaal niet zo ingewikkeld, ik snap ook wel wat er gebeurd, maar volgens mij gaat er wat mis bij de berekeningen. Ik kom namelijk op een rendement van boven de 100%. Ik weet dat dat onmogelijk is, dus als iemand mij kan vertellen wat er mis is aan de volgende berekening, dan ben ik dankbaar.

Theoretisch:
C=I*t=0,06*(60*15+3)= 54,18 Coulomb 1e-=1,6021*10-19 C
54,18 C/1,6021*10-19=3,382*1020 electronen
3,382*1020/6,022*1023 (avogadro))=5,616*10-4 mol electronen.

Reactie aan de kathode:
4H+ + 4e- -> 2H2 (g). (De gebruikte elektrolyt was H2SO4, dus zal H+ liever reageren)
Er is dus (5,616*10-4*2)/4=2,808*10-4 mol H2 ontstaan.
Via Vm=24,5 L/mol leverde dit :
2,808* 10-4*24,5= 6,88 mL H2

Reactie aan de anode:
2H2O -> 4e- + O2 (g).
Er is dus (5,616*10-4)/4=1,404*10-4 mol O2 ontstaan.
Via Vm = 24,5 L/mol leverde dit:
1,404*10-4*24,5=3,44 mL O2

In werkelijkheid is er 7,2 mL H2 ontstaan en 3,0 mL O2.
Bovendien zou ik verwachten dat er 6,0 mL H2 had moeten ontstaan, aangezien de netto reactie dat voorschrijft.

Bij voorbaat dank!

Veranderd door IvoSpr, 27 november 2010 - 19:24


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Jooken

    Jooken


  • >250 berichten
  • 677 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 27 november 2010 - 19:00

Hoe juist is het volume dat je gemeten hebt?
Heb je rekeniung gehouden met de Ohmse weerstand en de overspanning?

#3

IvoSpr

    IvoSpr


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 27 november 2010 - 19:02

Het volume dat ik afgemeten heb was volgens de practicumbegeleider nauwkeurig tot en met 1 decimaal. Met beide heb ik geen rekening gehouden.

#4

Jooken

    Jooken


  • >250 berichten
  • 677 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 27 november 2010 - 19:18

Om gasvolumes om te rekenen naar aantal mol moet je voldoende nauwkeurig rekening houden met de temperatuur en de luchtdruk. De factor 24,5 L/mol is onvoldoende nauwkeurig.

Verder kunnen opgeloste gassen in het water (lucht, CO2)ook aanleiding zijn tot fouten.

#5

IvoSpr

    IvoSpr


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 27 november 2010 - 19:32

Ok, dat klinkt logisch, maar de reactie vond niet in een gesloten systeem plaats en de temperatuur was 20 graden. Dan kan je toch aannemen dat de druk gewoon 1 atm was? Vm=24,5 is dan toch goed genoeg? Als ik dezelfde condities invul in de gasconstante (0,08205 L*atm/mol*K) en daaruit het aantal mol uitreken, komt dit nog op een rendement van hoger dan 100% uit. (ik reken de 7,2 mL dan om naar mol, niet wat ik eerder berekend heb ;))

#6

Marjanne

    Marjanne


  • >1k berichten
  • 4771 berichten
  • VIP

Geplaatst op 28 november 2010 - 12:41

Ik denk dat Jooken met deze opmerking een punt heeft:

Verder kunnen opgeloste gassen in het water (lucht, CO2)ook aanleiding zijn tot fouten.


Heb je het water voor de proef ontgast, bijv. door even koken?

Je rendement aan de zuurstofkant is met 115 % iets hoger dan aan de waterstofkant met 105 %. Dat ligt in de lijn van de verklaring met opgeloste gassen. Zuurstofmoleculen zijn zwaarder dan waterstofmoleculen. Het uitdrijvend effect van zuurstof zal iets hoger zijn dan dat van waterstof. Dus zou je aan de zuurstofkant, als dit de oorzaak is, iets meer ontwikkeld gasvolume verwachten.

Veranderd door Marjanne, 28 november 2010 - 12:42


#7

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 28 november 2010 - 13:23

Een reden zou kunnen zijn dat de oplossing zelf is geoxideerd. Bij electrolyse van zwavelzuur kan peroxodisulfaat ontstaan aan de anode en dan krijg je geen zuurstof. Peroxodisulfaat ontstaat door ontlading van sulfaat ionen aan de anode:

SO42- - e --> SO4-

Twee van die SO4- ionen kunnen reageren tot peroxodisulfaat ion:

2SO4- --> S2O82-

Als deze reactie naast de reactie met vorming van zuurstof plaats vindt, dan zul je dus minder zuurstof meten dan op basis van de theorie. Hoe hoger de concentratie zwavelzuur, hoe meer deze reactie zal plaatsvinden. Vooral bij gebruik van platina anodes treedt deze nevenreactie op.

#8

IvoSpr

    IvoSpr


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 28 november 2010 - 22:14

Ok, dit snap ik, ook waarom er meer van het een kan ontstaan dan het andere. (Het water was niet ontgast, daar komt dat verschil dus waarschijnlijk vandaan.) Maar wat ik niet begrijp, is hoe het rendement hoger kan zijn dan 100%. Hier heb ik nog een probleem mee.
In ieder geval al hardstikke bedankt voor de informatie tot nu toe! [J]

Veranderd door IvoSpr, 28 november 2010 - 22:15


#9

Marjanne

    Marjanne


  • >1k berichten
  • 4771 berichten
  • VIP

Geplaatst op 29 november 2010 - 18:31

Bij het meten van het volume aan ontwikkeld gas kun je niet onderscheiden om wat voor gas het gaat.

Het punt van Jooken (en mij :oops: ) is dat er in het water opgeloste lucht zit (zuurstof en stikstof). Dat ´blaas´ je er met de gasontwikkeling tijdens de electrolyse uit en dat gas komt dus ook terecht in jouw volume en je meet dat als ontwikkeld gas, als rendement dus.

Omdat zuurstof, dat ontwikkelt aan de anode, zwaardere moleculen heeft dan waterstof, dat ontwikkelt aan de kathode, zal er aan de electrode waar zuurstof wordt ontwikkeld, meer opgeloste lucht ´meegaan´. Daarom waarschijnlijk is het schijnbare rendement aan de kant van de electrode waar zuurstof is ontwikkeld iets hoger dan aan de ´waterstof´-kant.

Dat je rendement hoger is dan 100 % is dus gewoon de in het water opgeloste lucht. Als je het water vooraf had gekookt was de lucht eruit geweest en had je waarschijnlijk wel iets onder 100 % uitgekomen.


De oorzaak die woelen noemt geldt in deze volgens mij niet: je zou dan juist een te laag rendement krijgen en jij hebt last van een te hoog rendement. 8-)

Veranderd door Marjanne, 29 november 2010 - 18:34


#10

IvoSpr

    IvoSpr


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 29 november 2010 - 21:12

Heel erg bedankt iedereen! Hiermee kom ik in ieder geval ver genoeg :)





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures