Pobierz Elektrochemia, zadania - Notatki - Chemia i więcej Notatki w PDF z Chemia tylko na Docsity!
Elektrochemia zadania
1. W zlewce zawierającej roztwór siarczanu (VI) cynku o stężeniu 0,2 mol/dm
3 zanurzono blaszkę cynkową.
Podobnie w zlewce zawierającej roztwór siarczanu(VI) miedzi(II) o stężeniu 0,1 mol/dm
3 zanurzono blaszkę
miedzianą. Tak skonstruowane półogniwa połączono kluczem elektrolitycznym i zamknięto w obwód
elektryczny. Π
0 Zn/Zn2+ = -0,763 V;^ Π
0 Cu/Cu2+ = 0,521 V. (T = 298 K) a) Zapisz schemat tego ogniwa
b) Zapisz reakcje zachodzące w półogniwach i reakcje sumaryczną
c) Oblicz siłę elektromotoryczną tego ogniwa.
d) Oblicz zmianę entalpii swobodnej w tym ogniwie, jeżeli przez obwód przepłynęło 0,3 mola elektronów.
2. Oblicz potencjał elektrody (T = 298 K)
a) srebrowej zanurzonej w 0,15 molowym roztworze AgNO 3. (Π
0 Ag/Ag+ = 0,799 V) b) cynkowej zanurzonej w 10
- molowym roztworze Zn(NO 3 ) 2. (Π
0 Zn/Zn2+ = -0.763 V) c) niklowej zanurzonej w 10
- molowym roztworze soli niklu(II). (Π
0 Ni/Ni2+ = -0.250 V)
3. Zbudowano ogniwo złożone z elektrody srebrowej (Π
0 Ag/Ag+ = 0,799 V) i elektrody cynkowej (Π
0 Zn/Zn2+ = - 0,763 V). Wiedząc, że stężenie jonów srebra wynosiło 5·
3 , a jonów cynku 10
3 (T = 298
K) :
a) Zapisz schemat tego ogniwa
b) Zapisz reakcje zachodzące w półogniwach i reakcje sumaryczną c) Oblicz siłę elektromotoryczną tego ogniwa.
d) Oblicz zmianę entalpii swobodnej w tym ogniwie, jeżeli przez obwód przepłynęło 0,1 mola elektronów.
4. Zbudowano ogniwo w ten sposób, że: w roztworze o stężeniu 0,6 mol/dm
3 względem jonów Sn
4+ i 0,
mol/dm
3 względem jonów Sn
2+ zanurzono elektrodę platynową. Podobnie w drugim roztworze o stężeniu 0,
mol/dm
3 względem jonów Fe
3+ i 0,04mol/dm
3 względem jonów Fe
2+ zanurzono elektrodę platynową.
Roztwory połączono kluczem elektrolitycznym i zamknięto obwód elektryczny. Π
0 Sn4+/Sn2+ = 0,150 V; Π
0 Fe3+/Fe2+ = 0,771V, T = 298 K a) Zapisz schemat tego ogniwa
b) Zapisz reakcje zachodzące w półogniwach i reakcje sumaryczną c) Oblicz siłę elektromotoryczną tego ogniwa.
d) Oblicz zmianę entalpii swobodnej w tym ogniwie, jeżeli przez obwód przepłynęło 0,25 mola elektronów.
5. Zbudowano ogniwo w ten sposób, że: W kwaśnym roztworze manganianu (VII), w którym jony MnO 4 - są w
równowadze z jonami Mn
2+ zanurzono elektrodę platynową. Stężenie jonów MnO 4
3 ,
a jonów Mn
2+ 0,04 mol/dm
3
. Podobnie w drugim półogniwie w roztworze zawierającym jony Fe
3+ (0, mol/dm
3 ) i Fe
2+ (0,04 mol/dm
3 ) zanurzono elektrodę platynową. Roztwory połączono kluczem
elektrolitycznym i zamknięto obwód elektryczny. Π
0 MnO4-/Mn2+ = 1,51 V;^ Π
0 Fe3+/Fe2+ = 0,771V, T = 298 K a) Zapisz schemat tego ogniwa
b) Zapisz reakcje zachodzące w półogniwach i reakcje sumaryczną
c) Oblicz siłę elektromotoryczną tego ogniwa. d) Oblicz zmianę entalpii swobodnej w tym ogniwie, jeżeli przez obwód przepłynęło 0,5 mola elektronów.
6. Czy zajdą następujące reakcje:
a) Co +ZnSO 4 ( V V Co Co ZnZn
0 /^2
0 Π (^) / 2 + =− Π + =− )
b) CoSO 4 + Zn ( V V Co Co ZnZn
0 /^2
0 Π (^) / 2 + =− Π +=− )
c) Ag + HCl ( V V Ag Ag H H
0 2 /^2
0 /
d) Fe + CuSO 4 ( V V Fe Fe CuCu
0 /^2
0 Π (^) / 2 + =− Π += )
Rozwiązania
Zad. 1.
0 Zn/Zn2+ = -0,763 V
Π
0 Cu/Cu2+ = 0,345 V
CZnSO4 = 0,2 mol/dm
3 ⇒ [Zn
2+ ] = 0,2 mol/dm
3
CCuSO4 = 0,1 mol/dm
3 ⇒ [Cu
2+ ] = 0,1 mol/dm
3
T = 298 K
a) Ponieważ potencjał standardowy elektrody cynkowej (Π
0 Zn/Zn2+) jest niższy niż potencjał standardowy elektrody miedziowej (Π
0 Cu/Cu2+); elektroda cynkowa będzie anodą, a miedziowa katodą.
Schemat:
ZnZn
2+ Cu
2+ Cu
b) Na anodzie zachodzi proces utleniania, a na katodzie redukcji
A (-) Zn - 2e → Zn
2+
K (+) Cu
2+
Zn +Cu
2+ → Zn
2+
c)
I sposób obliczania siły elektromotorycznej -E (SEM):
Zależność pomiędzy stężeniem jonów w roztworze, a potencjałem elektrody określa równanie Nernsta:
[. ]
[. ]
ln
0
f utl
fzred
nF
RT
gdzie:
R - stała gazowa = 8,314 J/mol⋅K
T – temperatura
F – stała Faradaya = 96 500 C/mol
n – liczba wymienianych elektronów
[f. zred] –stężenie formy zredukowanej
[f. utl] –stężenie formy utlenionej
Wiedząc, że: lnx = 2,303logx
Równanie Nernsta przyjmuje postać:
[. ]
[. ]
log
0 2 ,^303
f utl
f zred
nF
RT
W warunkach standardowych (T = 298 K):
[. ]
[. ]
log 96500
0 2 ,^3038 ,^314298
f utl
f zred
n ⋅
K
nF
RT
E E log
0 2 ,^303
W warunkach standardowych (T = 298 K):
K
n
E E log 96500
0 2 ,^3038 ,^314298
K
n
E E log
0 0 ,^059
gdzie:
E
0
- jest różnicą potencjałów standardowych elektrod (
0 0 0 E = Π K −Π A )
K- jest stałą równowagi dla sumarycznej reakcji zachodzącej w ogniwie
W analizowanym ogniwie zachodzi następująca reakcja sumaryczna:
Zn +Cu
2+ → Zn
2+
Zatem:
[ ]
[ ]
[ ][ ]
[ ][ ]
2
2
2
2
= = Cu
Zn
Zn Cu
Zn Cu K
[ ]
[ ]
log 2
2
2 0 /^2
0 / 2 +
= Π + −Π +− Cu
Zn E CuCu ZnZn
E 1 , 1 V
log 2
d)
∆ G =− nFE
ΔG = -0,3⋅ 96500 ⋅1,1 = -31845 J = -31,845 kJ
jednostka
J
C
J
mol
C
V mol mol
C
mol ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =
Zad. 2.
[. ]
[. ]
log
0 0 ,^059
f utl
f zred
n
a) V Ag
Ag
Ag Ag
0 , 799 0 , 059 log [ ]
[ ]
log 1
0 0 ,^059
/
b) V Zn
Zn
Zn Zn
0 , 763 0 , 0295 log [ ]
[ ]
log 2
2
0 Π =Π / 2 +− + =− − =−
c) V Ni
Ni
Ni Ni
0 , 250 0 , 0295 log [ ]
[ ]
log 2
2
0 Π =Π / 2 +− + =− − =−
Zad. 3.
0 Zn/Zn2+ = -0,763 V
Π
0 Ag/Ag+ = 0,799 V
[Zn
2+ ] = 10
3
[Ag
] = 5⋅ 10
3
T = 298 K
a)
ZnZn
2+ Ag
Ag
b)
A (-) Zn - 2e → Zn
2+
K (+) 2Ag
Zn +2Ag
→ Zn
2+
c)
I sposób:
(A) V
Zn
Zn
Zn Zn
0 , 763 0 , 0295 log [ ]
[ ]
log 2
2
0 Π =Π / 2 +− + =− − =−
(K) V
Ag
Ag
Ag Ag
0 , 799 0 , 0295 log [ ]
[ ]
log 2
2 6 2
2 0 /
E = ΠK - ΠA = 0,486-(-0,822) = 1,308 V
II sposób:
K
n
E E log
0 0 ,^059
2
2 0 /^2
0 (^2) /
2 2 0 /^2
0 / (^) [ ]
[ ]
log 2
[ ][ ]
[ ][ ]
log 2
= Π + −Π +− =Π −Π − Ag
Zn
Zn Ag
Zn Ag E AgAg ZnZn Ag Ag Zn Zn
E 1 , 308 V
0 , 799 ( 0 , 763 ) 0 , 0295 log 6 2
2
⋅
−
d)
∆ G =− nFE
Zad. 5.
[ 4 ]
− MnO = 0,08 mol/dm
3
[Mn
2+ ] = 0,04 mol/dm
3
[Fe
3+ ] = 0,6 mol/dm
3
[Fe
2+ ] = 0,04 mol/dm
3
V
MnO Mn
0 Π (^4) −/ 2 + =
V
Fe Fe
0 Π (^3) +/ 2 + =
T=298 K
a)
PtFe
2+ , Fe
3+
− MnO (^) 4 , Mn
2+ Pt
b)
A(-) 5Fe
2+
3+
K(+)
− MnO (^) 4 + 8H
+5e
2+
5Fe
2+
− MnO 4 + 8H
↔ 5Fe
3+
2+
c) I sposób:
[. ]
[. ]
log
0 0 ,^059
f utl
f zred
n
(A) V
Fe
Fe
Fe Fe
0 , 771 0 , 0118 log [ ]
[ ]
log 5
5
5
3 5
2 5 0 Π =Π (^3) / 2 − + = − =
(K) V
MnO
Mn
MnO Mn
1 , 51 0 , 0118 log [ ]
[ ]
log 5
4
2 0 /^2 4
−
− +
E = ΠK - ΠA = 1,514-0,840 = 0,674 V
II sposób:
K
n
E E log
0 0 ,^059
2 5 4
2 3 5 0 /^2 4
0 (^3) / 2 [ ][ ]
[ ][ ]
log 5
− +
= Π + +−Π − +− MnO Fe
Mn Fe E Fe Fe MnO Mn
E 0 , 674 V
1 , 51 0 , 771 0 , 0118 log 5
5
⋅
d)
∆ G =− nFE
ΔG = -0,5⋅ 96500 ⋅0,674 = -32520,5 J = -32,520 kJ
Zad. 6.
a) Co +ZnSO 4
V V
Co Co Zn Zn
0 /^2
0 Π (^) / 2 + =− Π + =−
V V
Co Co ZnZn
0 /^2
0 Π (^) / 2 + =− >Π + =−
redukcja utlenianie
Zn -2e ↔ Zn
2+
Co
2+
Zn + Co
2+ ↔ Zn
2+
Czyli reakcja Co +ZnSO 4 nie zajdzie
b) CoSO 4 + Zn ( V V Co Co ZnZn
0 /^2
0 Π (^) / 2 + =− Π +=− ) - tak
c) Ag + HCl ( V V Ag Ag H H
0 2 /^2
0 /
Π (^) + = Π += ) – nie zajdzie
d) Fe + CuSO 4 ( V V Fe Fe CuCu
0 /^2
0 Π (^) / 2 + =− Π += ) - tak
