Elettrolisi del solfato di rame

Il solfato di rame (II) è un elettrolita solubile in acqua che si dissocia in ioni rame (II) e ioni solfato:
CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2-

In una soluzione acquosa di solfato di rame (II) sono quindi presenti gli ioni Cu²⁺, SO₄^2- oltre a H⁺ e OH^– derivanti dalla autoionizzazione dell’acqua.

Lo scopo dell’elettrolisi del solfato di rame è quello di ottenere rame metallico ed essa può essere condotta con due tipi di elettrodi.

1. Elettrodi inerti

Gli elettrodi inerti usati per l’elettrolisi sono elettrodi in platino o di grafite.

Gli ioni positivi vengono attratti dal catodo che è l’elettrodo negativo; le due semireazioni di riduzione possibili sono:

2 H⁺ + 2 e^– ⇌ H₂  per la quale E° = 0.00 V

Cu²⁺ + 2 e^– ⇌ Cu  per la quale E° = + 0.337 V

Stante il maggior potenziale normale di riduzione dello ione rame rispetto allo ione idrogeno saranno gli ioni rame a depositarsi come rame metallico al catodo e si nota che la soluzione di solfato di rame, inizialmente azzurra inizia a scolorirsi.

Gli ioni negativi vengono attratti dall’anodo che è l’elettrodo positivo; le tre semireazioni di riduzione possibili sono:

2 SO₄^2- + 2 e → S₂O₈^2- + 2 e^–  per la quale E°= – 2.01 V

4 OH^– → O₂ + 2 H₂O + 4 e^–  per la quale E° = – 0.40 V

2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e^–  per la quale E° = – 1.23 V

Poiché il potenziale di ossidazione dello ione OH^– e dell’acqua sono maggiori rispetto a quello dello ione solfato all’anodo avverranno le ultime due semireazioni con sviluppo di ossigeno.

In definitiva rimangono in soluzione gli ioni H⁺ e gli ioni SO₄^2- che non hanno subito reazioni mentre al catodo si è avuta una elettrodeposizione del rame e al catodo la produzione di ossigeno gassoso.

2.Elettrodi di rame

Gli ioni presenti in soluzione sono gli stessi del caso precedente ma vi è la presenza di un elettrodo partecipante. Al catodo avviene, come prima, la riduzione dello ione rame mentre l’anodo costituito da rame gioca un ruolo cruciale in quanto esso viene ossidato a ione rame e quindi si consuma nel corso dell’elettrolisi.

In definitiva:

al catodo Cu²⁺ + 2 e^– ⇌ Cu

all’anodo Cu  ⇌ Cu  + 2 e^–

La massa di rame depositata al catodo è pari alla massa di rame che si consuma all’anodo e la soluzione in cui è presente la stessa concentrazione di ioni rame rimane dello stesso colore.