Obliczenia na podstawie praw elektrolizy?, Notatki z Chemia

Pobierz Obliczenia na podstawie praw elektrolizy? i więcej Notatki w PDF z Chemia tylko na Docsity!

Obliczenia na podstawie praw elektrolizy?

Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela

Świat funkcjonuje dzięki prawom i regułom, które pomagają zrozumieć pewne zagadnienia lub przewidzieć zachodzące zjawiska. W przeciwieństwie do praw i reguł ustanawianych przez ludzi, nie stanowią one żadnej umowy, nie są tworzone w razie potrzeby, lecz są przez nas odkrywane. Jakie to prawa i jakie informacje dzięki nim można uzyskać? O tym dowiesz się w poniższym materiale.

Twoje cele

Przedstawisz prawa elektrolizy w postaci wzorów. Określisz jednostki parametrów stosowanych w prawach elektrolizy. Wykorzystasz prawa elektrolizy w rozwiązywaniu zadań.

Puszki do napojów wykonane są z aluminium. Jednym ze sposobów otrzymywania glinu jest zastosowanie elektrolizy. Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Obliczenia na podstawie praw elektrolizy?

Obliczenia na podstawie praw elektrolizy

gdzie:

m – masa substancji wydzielona na elektrodzie [g]; k – równoważnik elektrochemiczny; I – natężenie prądu elektrycznego [A]; t – czas trwania elektrolizy [s]; Q – ładunek elektryczny [C]; M – masa molowa wydzielonej substancji [ ]; n – liczba moli elektronów biorących udział w reakcji; F – stała Faradaya (96500 ).

Ważne!

Pamiętaj, że 1 C = 1 A · 1 s

Przykład 1

Oblicz masę żelaza wytworzonego w ciągu doby na katodzie podczas elektrolizy wodnego roztworu chlorku żelaza(II) prowadzonej prądem o natężeniu 5 A.

Etap 1. Zapis równania katodowej reakcji połowicznej tworzenia produktu K- Fe2++ 2 e-→ Fe

Oznacza to, że 2 mole elektronów biorą udział w reakcji.

Etap 2. Wypisanie danych MFe=56 gmol n= I=5 A t=24 h=24·3600 s=86400 s mFe=?

m = k ⋅ I ⋅ t = k ⋅ Q = (^) n⋅FM ⋅ Q

I ⋅ t = Q

k = (^) n⋅FM

g mol C mol

FeCl 2

Etap 3. Podstawienie do wzoru m=Mn·F·I·t=56 gmol2·96500 Cmol·5 A · 86400 s m=125 g·A·sC=125 g·A·sA·s= 125 g

Odpowiedź W ciągu doby na katodzie wytworzyło się 125 g żelaza.

Przykład 2

Jak długo musi przepływać prąd o natężeniu 4 A przez 300 elektrolitu o stężeniu 0,2 M, aby nikiel wydzielił się z niego całkowicie?

Etap 1. Zapis równania katodowej reakcji połowicznej tworzenia produktu K(-) Ni2++2 e-→Ni

Etap 2. Wypisanie danych MNi = 59 [gmol] n = 2 I = 4 A V = 300 = 0, = 0,2 M = 0,

mNi =? t =?

Etap 3. Wyznaczenie masy wydzielonego niklu 0,2 mola NiSO znajduje się w 1 roztworu x mol NiSO znajduje się w 0,3 roztworu

1 mol NiSO to 59 g Ni 0,06 mola NiSO to y g Ni y=0,06 mol·59 g1 mol=3,54 g

Etap 4. Przekształcenie wzoru i podstawienie danych

t=3,54 g·2·96500 Cmol59gmol·4 A=683220 g·Cmol236 gmol·A=2895g·A·smolgmol·A=2895 s

t = 2 895 s = 48 min 15 s

Odpowiedź Prąd musi przepływać przez 2 895 s (48 minut i 15 sekund).

cm^3 NiSO 4

cm^3 dm^3 CNiSO 4 mol dm 3

4 dm^3 4 dm^3 x = 0,2 mol⋅0,3 dm

3 1 dm^3 = 0, 06 mol 4 4

m = (^) nM⋅F ⋅ I ⋅ t

t = m M⋅n⋅⋅IF

Etap 3. Obliczanie liczby moli wydzielonego na anodzie chloru 1 mol – 22, x moli – 0,

Etap 4. Obliczanie liczby moli wydzielonego na katodzie ołowiu 1 mol Pb – 1 mol y mol Pb – 0,03 mol

Etap 5. Obliczanie masy ołowiu wydzielonej na katodzie 1 mol Pb – 207 g 0,03 mol Pb – m m=0,03 mol·207 g1 mol=6,21 g

Odpowiedź Na katodzie wydzieliło się 6,21 g ołowiu.

Przykład 5

Ile moli chromu i srebra wydzieli się na katodzie, jeżeli przez roztwór zawierający 1 mol i 1 mol podczas elektrolizy przepuszczono ładunek 3 F? Pamiętaj, że jednostka F, czyli faradaj, to jednostka ładunku elektrycznego równa ładunkowi jednego mola elektronów.

1 F to 96500. Jeżeli przez roztwór przepływa ładunek 1 F to na elektrodzie:

Dla jonów jednododatnich lub jednoujemnych – wydziela się 1 mol tych jonów. Dla jonów dwudodatnich lub dwuujemnych – wydziela się mola tych jonów. Dla jonów trójdodatnich lub trójujemnych – wydziela się mola tych jonów.

W roztworze znajdują się jony jednododatnie i trójdodatnie. Srebro ma wyższy potencjał standardowy (0,8 eV) niż chrom (-0,9 eV), co oznacza, że srebro wydzieli się na katodzie jako pierwsze. Do wydzielenia na katodzie 1 mola srebra potrzeba ładunku 1 F. Po wydzieleniu się srebra, pozostaje ładunek 2 F (3 F - 1 F).

Do wydzielenia na katodzie 1 mola chromu potrzeba 3 F, a dostępny jest tylko 2 F. Z tego wynika, że chromu wydzieli się 0,67 mola.

Cl 2 dm^3

Cl 2 dm^3

x = 1 mol⋅0,672 dm

3

22,4 dm^3 = 0, 03 mol

Cl 2

Cl 2

y = 1 mol⋅0,03 mol 1 mol = 0, 03 mol

Cr(NO 3 ) 3 AgNO 3

C mol

1 2 1 3

Ag+^ Cr3+

1 mol Cr − 3 F

x − 2 F

x = 1 mol⋅2 F 3 F = 0,67 mol

Odpowiedź: Po przepuszczeniu ładunku 3 F wydzieli się 1 mol srebra i 0,67 mola chromu.

Słownik

elektrolit

substancja jonowa przewodząca prąd elektryczny

elektroliza

proces polegający na przemianach chemicznych przebiegających na elektrodach pod wpływem przepływu prądu elektrycznego przez elektrolit

równoważnik elektrochemiczny

miara liczności materii odpowiadająca ilości substancji uczestniczącej w reakcji elektrochemicznej (redukcji lub utlenienia) wywołanej przepływem ładunku 1 kulomba (C)

Bibliografia

Jones L., Atkins P., Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2012.

Klimaszewska M., Chemia od A do Z - repetytorium - matura, egzaminy na wyższe uczelnie, Warszawa 1996.

Litwin M., Styska‐Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 1. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego i technikum. Zakres rozszerzony, Warszawa 2012.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Zaznacz prawidłowe informacje

t=czas trwania elektrolizy [C], I=natężenie prądu elektrycznego [s]

I=natężenie prądu elektrycznego [A], Q=ładunek elektryczny [C]

M=masa molowa wydzielonej substancji [g/mol], t=czas trwania elektrolizy[s]

I=ładunek elektryczny [A], M=masa molowa wydzielonej substancji [g/mol]

Ćwiczenie 2

Równoważnik elektrochemiczny wyraża się jako:

I ⋅ t

M n⋅F

M n⋅F ⋅ Q

k ⋅ Q

Ćwiczenie 3

Stała Faradaya wynosi:

10000 C

22,4 dm^3

8140 A

(^96500) molC

Ćwiczenie 4

Przyporządkuj, jaki ładunek Faradaya (F) musi przepłynąć przez roztwór, aby na katodzie wydzielił się dany pierwiastek.

roztwór 1 mola Sn4+^ 1 F

roztwór 2 mola Fe3+^ 4 F

roztwór 2 mola Sn4+^ 2 F

roztwór 1 mola Sn2+^ 6 F

roztwór 0,5 mola Sn2+^ 8 F

Ćwiczenie 5

Oblicz, ile gramów ołowiu wydzieli się na katodzie w procesie elektrolizy stopionego roztworu chlorku ołowiu(II), prowadzonej prądem o natężeniu 2 A w czasie 140 minut.

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

輸

醙

醙

Ćwiczenie 9

Jaki ładunek musi przepłynąć przez roztwór, aby na katodzie wydzieliło się

6300 cm^3 wodoruw warunkach normalnych?

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 10

W wyniku przepływu prądu o natężeniu w ciągu 20 minut przez roztwór pewnej soli zawierającej dwudodatni kaon metalu na katodzie, wydzieliło się tego metalu. Co to za pierwiastek?

4 A

1,625 g

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 11

Ile gram magnezu wydzieli się w trakcie 3 godzinnej elektrolizy stopionego chlorku magnezu prądem o natężeniu , jeżeli wydajność elektrolizy wynosi? Zapisz równania reakcji zachodzące na katodzie i anodzie.

1,5 A 80%

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

難

難

難

Dla nauczyciela

Scenariusz zajęć

Autor: Agata Krzak, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Obliczenia na podstawie praw elektrolizy.

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego, liceum, technikum, zakres rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie rozszerzonym

Podstawa programowa:

Zakres rozszerzony

IX. Elektrochemia. Ogniwa i elektroliza. Uczeń:

7. przewiduje produkty elektrolizy stopionych tlenków, soli, wodorotlenków, wodnych roztworów kwasów i soli oraz zasad.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji; kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii; kompetencje cyfrowe; kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne

Uczeń:

przedstawia prawa elektrolizy w postaci wzorów; wymienia stosowane w prawach elektrolizy parametry oraz ich jednostki; wykorzystuje prawa elektrolizy w rozwiązywaniu różnych typów zadań.

Strategie nauczania:

asocjacyjna.

Metody i techniki nauczania:

dyskusja dydaktyczna; ćwiczenia uczniowskie; film samouczek; analiza materiału źródłowego;

1. Nauczyciel sprawdza wiedzę uczniów. Uczniowie na sklerotkach zapisują w skali od 1‐ w jakim stopniu zrozumieli dane zadanie. W przypadku dużej liczby niższych cyfr, nauczyciel jeszcze raz wyjaśnia niezrozumiałe kwestie. Jeżeli noty są mieszane, to uczniowie, którzy lepiej zrozumieli dane zagadnienie wyjaśniają je uczniom z wątpliwościami.
2. Jako podsumowanie lekcji nauczyciel może wykorzystać zdania do uzupełnienia, które uczniowie zamieszczają w swoim portfolio:

Dziś nauczyłem/łam się, że... Łatwe było dla mnie... Trudności sprawiło mi... Zaskoczyło mnie... Wiadomości przedstawione na lekcji były podane w ... sposób.

Praca domowa:

Uczniowie wykonują pozostałe ćwiczenia w e‐materiale – „Sprawdź się”.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Film samouczek może zostać wykorzystany przy przygotowywaniu się ucznia do sprawdzianu lub do zdobycia wiedzy w razie nieobecności ucznia na lekcji. Film może zostać użyty także jako podsumowanie lekcji.

Materiały pomocnicze:

1. Nauczyciel przygotowuje sklerotki.
2. Polecenia podsumowujące (nauczyciel przed lekcją zapisuje je na niewielkich kartkach):

Co to jest elektroliza? Ile gramów miedzi wydzieli się na katodzie platynowej podczas elektrolizy wodnego roztworu ) prądem o natężeniu 2A w czasie 9650 sekund?

3. Literatura dla chętnych uczniów:

http://sylwester_stepniak.users.sggw.pl/Z_31.pdf https://wme‐z1.pwr.edu.pl/wp‐content/uploads/2019/10/Elektroliza‐aparat‐Hoffmana.pdf http://chemia.wpt.kpswjg.pl/semestr2/temat3/temat3.html

Cu(NO 3 2