elektrochemia120408

ELEKTROCHEMIA dział chemii i fizyki badaj

cy przemiany chemiczne

wywołane pr

dem i przemiany chemiczne powoduj

ce przepływ pr

elektrycznego.

REAKCJE REDOKS: reakcje utleniania i redukcji, w których wymiana
elektronów zachodzi bezpo

rednio w czasie zderze

reaguj

cych

substancji

REAKCJE ELEKTROCHEMICZNE: reakcje utleniania i redukcji, w
których wymiana elektronów zachodzi poprzez przewodnik elektronowy -
elektrod

PRZEWODNIK ELEKTRONOWY: metal, stopy metali, grafit
przewodniki przewodz

ce pr

d elektryczny poprzez elektrony

PRZEWODNIK JONOWY - ELEKTROLITYCZNY : roztwory elektrolitów,
stopione elektrolity przewodniki przewodz

ce pr

d za po

rednictwem

jonów

PÓŁOGNIWO: przewodnik elektronowy - elektroda zanurzona w
roztworze elektrolitu lub innym przewodniku jonowym

SCHEMATYCZNY ZAPIS KONSTRUKCJI:

Zn | ZnSO

|| CuSO

| Cu

Lub jonowo:

Zn | Zn

|| Cu

| Cu

Zn | H

|Cu

ZNAK: „|” oznacza granic

faz: metal - elektrolit

ZNAK: „||” oznacza klucz elektrolityczny-mostek elektrolityczny

KLUCZ ELEKTROLITYCZNY: urz

dzenie słu

Ŝą

ce do ł

czenia półogniw

umo

liwia przemieszczanie si

jonów, chroni przed

mieszaniem si

roztworów elektrolitów

ENERGIA CHEMICZNA REAKCJI REDOKS = PR

WIELKO

ŚĆ

PRZEPŁYWU PR

DU (SEM) – RÓ

NICA POTENCJAŁÓW

ELEKTROCHEMICZNYCH ELEKTROD SEM – SIŁA
ELEKTROMOTORYCZNA OGNIWA OTWARTEGO

POTENCJAŁ ELEKTRODY, E:
praca przej

cia jonu lub elektronu przez granic

faz metal-roztwór

POTENCJAŁ NORMALNY (E

) ELEKTRODY (PÓŁOGNIWA) = SEM OGNIWA:

ELEKTRODA BADANA + ELEKTRODA WZORCOWA:

Me | M

|| (Pt)H

| H

ELEKTRODA WZORCOWA - NORMALNA ELEKTRODA WODOROWA = platyna
pokryta czerni

platynow

zanurzona w roztworze kwasu o st

ęŜ

eniu jonów

= 1mol/dm

omywana wodorem pod ci

nieniem 101.3 kPa temperatura 298 K

POTENCJAŁ NORMALNEJ ELEKTRODY WODOROWEJ, E

(Pt)H2\H

= 0

INNE ELEKTRODY ODNIESIENIA

elektrody maj

ce stały i odtwarzalny potencjał, b

cy potencjałem

odniesienia w pomiarach potencjałów elektrodowych

ELEKTRODA KALOMELOWA

ęć

w kontakcie ze stałym kalomelem Hg

w roztworze chlorku

potasu KCl

Hg | Hg

| Cl

Warto

ść

potencjału równowagowego nasyconej elektrody kalomelowej

(NEK) wzgl

dem normalnej elektrody wodorowej (NEW) = +0,244V.

ELEKTRODA TLENOWA (Pt) O

|OH

ELEKTRODA CHLOROWA (Pt) Cl

|Cl

ELEKTRODA CHLOROSREBROWA Ag | AgCl | Cl

• metale grup 1 i 2:
najni

sze ujemne warto

ci potencjałów normalnych

• metale szlachetne:
metale o dodatnim potencjale normalnym: mied

, srebro, złoto

• metale o ujemnym potencjale:
s

aktywne chemicznie s

silnymi reduktorami łatwo si

utleniaj

łatwo oddaj

elektrony

• metale o dodatnim potencjale:
s

bierne chemicznie s

utleniaczami łatwo si

redukuj

trudno je

utleni

I prawo Faradaya

I prawo Faradaya – podaje zale

ść

pomi

dzy mas

substancji (m)

osadzan

na elektrodzie od nat

ęŜ

enia pr

du (I) i czasu trwania procesu

osadzania (elektrolizy):

m = k I t

m - masa,,[g]
k - równowa

nik elektrochemiczny, [w SI: kg/C]

I - nat

ęŜ

enie pr

du, [A]

t - czas, [sek]

I prawo Faradaya

I prawo Faradaya – masa substancji wydzielonej na elektrodzie jest
proporcjonalna do iloczynu nat

ęŜ

enia pr

du i czasu trwania elektrolizy,

czyli do ładunku Q Q = I t

m = k Q

d: je

li Q = 1 C to masa substancji wydzielonej równa si

współczynnikowi k

II prawo Faradaya

II prawo Faradaya – masy ró

nych substancji wydzielone przez

jednakow

ilo

ść

elektryczno

ci na elektrodzie s

proporcjonalne do

równowa

ników chemicznych tych substancji.

STAŁA FARADAYA, F = 96 500 C

F = M / k n

II prawo Faradaya : m = M I T / n F

Zadanie 48.

(2 pkt)

Wykorzystuj

Wykorzystująąąąc szereg elektrochemiczny metali, wska

c szereg elektrochemiczny metali, wska

c szereg elektrochemiczny metali, wskażżżż, w

, w

któóóórych prob

rych prob

rych probóóóówkach badane metale nie reagowa

wkach badane metale nie reagowa

wkach badane metale nie reagowałłłły z

y z

roztworami soli i wyja

roztworami soli i wyjaśśśśnij dlaczego.

nij dlaczego.

Metale nie

nie

nie reagowały w probówkach: ............................

Wyjaśnienie:..........................................................................

.................................................................................

Zadanie 49.

(2 pkt)

Napisz w formie jonowej skr

Napisz w formie jonowej skróóóóconej r

conej r

conej róóóównania

wnania

zachodz

zachodząąąących reakcji chemicznych.

cych reakcji chemicznych.

.........................................................................................

Zadanie 39.

(2 pkt)

Wykorzystując podane w tabeli (szereg elektrochemiczny

metali) wartości potencjałów

standardowych elektrod, zaprojektuj ogniwa, w których

miedz spełniać będzie rolę:

a) katody,

b) anody.

Przedstaw schematy tych ogniw.

a) .....................................................................................

b) ......................................................................................

Zadanie 50.

(4 pkt)

SEM pewnego ogniwa w warunkach standardowych

wynosi 2,46V. Elektrodę dodatnią w tym ogniwie

stanowi srebro.

Okre

Okreśśśśl, z jakiego metalu zosta

l, z jakiego metalu zosta

l, z jakiego metalu zostałłłła wykonana elektroda

a wykonana elektroda

ujemna. Przedstaw schemat tego ogniwa oraz napisz

rrrróóóównania reakcji przebiegaj

wnania reakcji przebiegaj

wnania reakcji przebiegająąąących na jego elektrodach.

cych na jego elektrodach.

Metal stanowiący elektrodę ujemną: ..............................

Schemat ogniwa: .............................................................

Równania reakcji:

Elektroda ujemna: ...........................................................

Elektroda dodatnia: .........................................................

Zadanie 47.

(3 pkt)

Reakcję chemiczną zachodzącą w pewnym ogniwie

opisuje równanie:

2Fe

(aq)

+ Sn

(aq)

→ 2Fe

(aq)

+ Sn

(aq)

Przedstaw schemat tego ogniwa i napisz r

Przedstaw schemat tego ogniwa i napisz róóóównania reakcji

wnania reakcji

przebiegaj

przebiegająąąących w jego p

cych w jego p

cych w jego póóóółłłłogniwach.

ogniwach.

Schemat ogniwa: .............................................................

Równania reakcji: ......................................................

......................................................

Zadanie 38.

(2 pkt)

Wykorzystuj

Wykorzystująąąąc dane z szeregu elektrochemicznego

c dane z szeregu elektrochemicznego

metali napisz schemat ogniwa, w kt

metali napisz schemat ogniwa, w któóóórym elektroda

rym elektroda

cynkowa pe

cynkowa pełłłłni rol

ni rol

ni rolęęęę anody. Zapisz r

anody. Zapisz r

anody. Zapisz róóóównanie reakcji

wnanie reakcji

zachodz

zachodząąąącej w p

cej w p

cej w póóóółłłłogniwie cynkowym.

ogniwie cynkowym.

Schemat ogniwa: ............................................................

Równanie reakcji: ..........................................................

..........................................................

Informacja do zadania 31. i 32.

Dwa przedmioty wykonane ze stali pokryto powłokami

ochronnymi, jeden powłoką cynkową, a drugi niklową. Po

pewnym czasie na obu przedmiotach powstały rysy

uszkadzające powłoki. Utworzyły się lokalne mikroogniwa

metaliczne i nastąpiła korozja.

Zadanie 31.

(3 pkt)

Zapisz schematy obu

Zapisz schematy obu mikroogniw

mikroogniw

mikroogniw opisanych w powy

opisanych w powy

opisanych w powyżżżższej

szej

informacji. (Za

informacji. (Załłłłóóóóżżżż powstawanie p

powstawanie p

powstawanie póóóółłłłogniw metalicznych

ogniw metalicznych

typu M

typu M││││Mn+). Dla jednego z ogniw oblicz warto

Mn+). Dla jednego z ogniw oblicz warto

Mn+). Dla jednego z ogniw oblicz wartość

ść

ść SEM

SEM

w warunkach standardowych.

................................................................

...........................................................................................

...........................

................................................................

...........................................................................................

...........................

SEM ogniwa: ......................................

Zadanie 32.

(2 pkt)

Wska

Wskażżżż, kt

, kt

, któóóóra z pow

ra z pow

ra z powłłłłok, cynkowa czy niklowa, skuteczniej

ok, cynkowa czy niklowa, skuteczniej

chroni

chroni żżżżelazo przed korozj

elazo przed korozj

elazo przed korozjąąąą

elektrochemiczn

elektrochemicznąąąą w sytuacji opisanej w informacji

w sytuacji opisanej w informacji

wprowadzaj

wprowadzająąąącej. Uzasadnij sw

cej. Uzasadnij sw

cej. Uzasadnij swóóóój wyb

j wyb

j wybóóóór w oparciu o

r w oparciu o

warto

wartośśśści potencja

ci potencja

ci potencjałłłłóóóów standardowych.

w standardowych.

..........................................................................................

Zadanie 38.

(2 pkt)

Korzystaj

Korzystająąąąc z szeregu napi

c z szeregu napi

c z szeregu napięęęęciowego metali wska

ciowego metali wska

ciowego metali wskażżżż, kt

, kt

, któóóórego

rego

metalu

metalu –––– cynku czy cyny

cynku czy cyny

cynku czy cyny –––– nale

nale

należżżży u

y u

y użżżżyyyyćććć jako protektora

jako protektora

do ochrony stalowego (

do ochrony stalowego (żżżżelaznego) ruroci

elaznego) ruroci

elaznego) rurociąąąągu przed

gu przed

korozj

korozjąąąą. Wyb

. Wyb

. Wybóóóór kr

r kr

r króóóótko uzasadnij.

tko uzasadnij.

Wybrany metal:.........................

Uzasadnienie:

..........................................................................................

Zadanie 43. (

4 pkt

))))

Przez wodny roztwór azotanu(V) srebra

przepuszczono prąd o natężeniu 100 A.

Elektroliza trwała 10 minut.

Napisz r

Napisz róóóównania reakcji, kt

wnania reakcji, kt

wnania reakcji, któóóóre zasz

re zasz

re zaszłłłły podczas

y podczas

elektrolizy.

elektrolizy.
katoda: .........................................................
anoda: ........................................................

Oblicz mas

Oblicz masęęęę produktu powsta

produktu powsta

produktu powstałłłłego na katodzie.

ego na katodzie.

Zadanie 46.

(2 pkt)

Podczas elektrolizy wodnego roztworu pewnego elektrolitu

na anodzie zachodziła reakcja przedstawiona

równaniem:

O → O

+ 4H

+ 4e

Sumaryczne równanie tego procesu elektrolizy można

przedstawić następująco:

2H2O → 2H2+ O2

Napisz jedno r

Napisz jedno róóóównanie reakcji, kt

wnanie reakcji, kt

wnanie reakcji, któóóóra mog

ra mog

ra mogłłłła przebiega

a przebiega

a przebiegaćććć na

katodzie. Podaj przyk

katodzie. Podaj przykłłłład substancji (wz

ad substancji (wz

ad substancji (wzóóóór sumaryczny),

r sumaryczny),

któóóórej wodny roztw

rej wodny roztw

rej wodny roztwóóóór m

r m

r móóóóggggłłłł pe

pełłłłni

nićććć podczas tego procesu

podczas tego procesu

rol

rolęęęę elektrolitu.

elektrolitu.

Równanie reakcji przebiegającej na katodzie:

...............................................................................

Wzór substancji: ..........................................

Zadanie 44.

(2 pkt)

Wodny roztwór siarczanu(VI) sodu poddano

elektrolizie z użyciem elektrod grafitowych.

Napisz r

Napisz róóóównania reakcji, kt

wnania reakcji, kt

wnania reakcji, któóóóre przebiega

re przebiega

re przebiegałłłły na

y na

elektrodach w czasie opisanego procesu.

Równanie reakcji anodowej:..............................

Równanie reakcji katodowej:.............................

Zadanie 13.

(1 pkt)

Napisz r

Napisz róóóównania reakcji elektrodowych

wnania reakcji elektrodowych

zachodz

zachodząąąących podczas elektrolizy

cych podczas elektrolizy

stopionego chlorku

stopionego chlorku oooołłłłowiu(II

owiu(II

owiu(II).).).).

K (–) ..............................................
A (+) .............................................

Zadanie 14.

(3 pkt)

Podczas elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) sodu

na elektrodach platynowych zachodzą procesy

elektrodowe, które można zilustrować następującymi

równaniami:

K (–) 4 H2O + 4e–

→

2 H2 + 4 OH –

A (+) 2 H2O

→

O2 + 4 H + + 4 e–

Oblicz obj

Oblicz objęęęęto

tość

ść

ść tlenu (w warunkach normalnych)

tlenu (w warunkach normalnych)

wydzielonego podczas elektrolizy roztworu

siarczanu(VI) sodu, je

siarczanu(VI) sodu, jeżżżżeli przez elektrolizer przep

eli przez elektrolizer przep

eli przez elektrolizer przepłłłływa

ywa

ywałłłł

prąąąąd o nat

d o nat

d o natęż

ęż

ężeniu 5A w czasie 15 minut.

eniu 5A w czasie 15 minut.

Sta

Stałłłła Faradaya F = 96500 C

a Faradaya F = 96500 C

a Faradaya F = 96500 C ···· mol

mol

mol ––––1111

Obliczenia:....................................................................

Odpowiedź: ..................................................................