Elektrochemia ogniwa Przykadowe zadania z rozwizaniami Zadanie 1

Elektrochemia – ogniwa Przykładowe zadania z rozwiązaniami

Zadanie 1 z rozwiązaniem v Płytkę Mg o masie 45 g zanurzono w roztworze wodnym siarczanu(VI) glinu. Po pewnym czasie płytkę wyjęto, przemyto oraz po osuszeniu zważono, masa wyniosła 38 g. v Oblicz masę ubytku magnezu i masę osadzonego glinu na płytce po zakończeniu doświadczenia. v Analiza i założenia do zadania: ü ∆m = 45 g – 38 g = 7 g ü 3 Mg + 2 Al 3+ 3 Mg 2+ + 2 Al ü 3 ∙ 24 g + 2 ∙ 27 g ü ubytek 72 g Mg ------- przyrost 54 g Al / ∆m = 18 g Ø obliczenie masy Mg, która przeszła do roztworu i masy Al, która przeszła z roztworu i osadziła się na płytce: ü x = 28 g Mg ü x = 21 g Al.

Zadanie 2 z rozwiązaniem v Drut Cu o masie 15 g zanurzono w roztworze wodnym azotanu(V) srebra(I). Po pewnym czasie płytkę wyjęto, przemyto oraz po osuszeniu zważono, masa wyniosła 27 g. v Oblicz masę ubytku miedzi i masę osadzonego srebra na płytce po zakończeniu doświadczenia. v Analiza i założenia do zadania: ü ∆m = 27 g – 15 g = 12 g ü Cu + 2 Ag+ Cu 2+ + 2 Ag ü 64 g + 2 ∙ 108 g ü ubytek 64 g Cu ---- przyrost 216 g Ag / ∆m = 152 g Ø obliczenie masy Cu, która przeszła do roztworu i masy Ag, która przeszła z roztworu i osadziła się na płytce: ü x = 5 g Cu ü x = 17 g Ag

Zadanie 4 z rozwiązaniem v W ogniwie srebrowo – aluminiowym, w którym metale były zanurzone w roztworach swoich soli stwierdzono ubytek masy elektrody glinowej o 0, 9 g. v Oblicz, o ile zmieniła się w tym czasie masa elektrody Ag. v Analiza i założenia do zadania: Ø A(-) Al | Al 3+ || Ag+| Ag (K+) Ø A(-): Al 3+ + 3 e- (utlenienie i przejście do roztworu) Ø K(+): Ag+ + 1 e- Ag (redukcja i wytrącenie z roztworu) ü Al + 3 Ag+ Al 3+ + 3 Ag ü 27 g + 3 ∙ 108 g Ø obliczenie masy srebra: ü 27, 0 g Al ---- 324 g Ag ü x = 10, 8 g Ag ü 0, 9 g Al ---- x

Zadanie 5 z rozwiązaniem v W trakcie pracy ogniwa chromowo-miedziowego masa elektrody miedziowej zmieniła się o 2, 4 g. v Oblicz, o ile zmieniła się w tym czasie masa elektrody Cr. v Analiza i założenia do zadania: Ø A(-) Cr | Cr 3+ || Cu 2+| Cu (K+) Ø A(-): Cr 3+ + 3 e(utlenienie i przejście do roztworu) Ø K(+): Cu 2+ + 2 e- Cu (redukcja i wytrącenie z roztworu) ü 2 Cr + 3 Cu 2+ 2 Cr 3+ + 3 Cu ü 2 ∙ 52 g + 3 ∙ 64 g 2 ∙ 52 g + 3 ∙ 64 g Ø obliczenie ubytku masy elektrody chromowej : ü 192, 0 g Cu ---- 104 g Cr ü x = 1, 3 g Cr ü 2, 4 g Cu ---- x

Zadanie 6 z rozwiązaniem v W ogniwie ołowiowo-glinowym, płytka ołowiowa była zanurzona w 200 cm 3 roztworu azotanu(V) ołowiu(II) o stężeniu 0, 2 mol/dm 3, natomiast płytka glinowa w 200 cm 3 roztworu azotanu(V) glinu o stężeniu 0, 2 mol/dm 3. Przez pewien czas z ogniwa pobierano prąd, a po rozłączeniu obwodu płytkę ołowiową wyjęto, przemyto a po osuszeniu zważono, jej masa zwiększyła się o 4, 14 g. v Zakładając, że objętości roztworów nie zmieniły się, oblicz stężenia molowe kationów ołowiowych i glinowych po zakończeniu doświadczenia. v Analiza i założenia do zadania: Ø A(-) Al | Al 3+ || Pb 2+| Pb (K+) Ø A(-): Al 3+ + 3 e(utlenienie i przejście do roztworu) Ø K(+): Pb 2+ + 2 e- Pb (redukcja i wytrącenie z roztworu)

Zadanie 6 z rozwiązaniem /cd Ø 2 Al + 3 Pb 2 Al 3+ + 3 Pb 2+ ü 2 mol + 3 mol 2 mol + 3 mol ü 2 ∙ 27 g + 3 ∙ 207 g 2 mol + 3 mol Ø obliczenie ubytku moli kationów Pb 2+ po zakończeniu doświadczenia: ü 207, 00 g Pb 2+ ---- 1 mol ü x = 0, 02 mol Pb 2+ 4, 14 g Pb 2+ ---- x --------------Ø obliczenie stężenia molowego roztworu Pb 2+ po zakończeniu doświadczenia: ü n. Pb 2+ = Vr∙ Cm - 0, 02 mol = 0, 2 dm 3 ∙ 0, 2 mol/dm 3 – 0, 02 mol = = 0, 04 mol – 0, 02 mol = 0, 02 mol

Zadanie 6 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie przyrostu liczby moli Al 3+ po zakończeniu doświadczenia: ü 3 mol Pb 2+ ---- 2 mol Al 3+ ü x ≈ 0, 013 mol Al 3+ 0, 02 mol Pb 2+ ----- x -----------------Ø obliczenie stężenia molowego roztworu Al 3+ po zakończeniu doświadczenia: ü n. Al 3+ = Vr ∙ Cm + 0, 013 mol = 0, 2 dm 3 ∙ 0, 2 mol/dm 3 + + 0, 013 mol = 0, 04 mol + 0, 013 mol = 0, 053 mol

Zadanie 7 z rozwiązaniem v W trakcie pracy ogniwa zbudowanego z dwóch metalicznych płytek zanurzonych w roztworach swoich soli zaszła redukcja złota, przyrost jej masy wyniósł 0, 394 g a masa drugiej płytki, której metal tworzy wyłącznie jony dwudodatnie zmalała o 0, 195 g. v Ustal, z jakiego metalu była wykonana płytka drugiego półogniwa, oblicz SEM ogniwa przyjmując Eo standardowe. v Analiza i założenia do zadania: Ø A(-): Me | Me 2+ || Au 3+ | Au K(+) Ø A(-): Me 2+ + 2 eØ K(+): Au 3+ + 3 e- Au Ø 3 Me + 2 Au 3+ 3 Me 2+ + 2 Au Ø 3 mol + 2 mol Ø 3 ∙ MMe + 2 ∙ 197 g

Zadanie 7 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie masy molowej metalu drugiego półogniwa / elektrody, który tworzy jony dwudodatnie: ü 0, 394 g Au ------ 0, 195 g Me 394, 000 g Au ------ 3 ∙ MMe -------------------- Ø Me = Zn Ø obliczenie siły elektromotorycznej ogniowa:

Zadanie 8 z rozwiązaniem v Zbudowano ogniwo złożone z dwóch półogniw / elektrod wodorowych, jedna z nich zanurza w roztworze o p. H = 3, natomiast druga zanurzona w roztworze o p. H = 5. v Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa. v Analiza i założenia do zadania: Ø p. H = 5 to [H+] = 10 -p. H = 10 -5 mol/dm 3 Ø p. H = 3 to [H+] = 10 -p. H = 10 -3 mol/dm 3 Ø potencjał standardowy elektrody wodorowej: E 0 = 0, 00 V Ø do obliczeń potencjałów półogniw stężeniowych ma zastosowanie uproszczony wzór Nernsta: ü gdzie: ü n – liczba moli elektronów [utl] – stężenie molowe formy utlenionej

Zadanie 8 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie potencjałów stężeniowych elektrod wodorowych z wykorzystaniem wzoru Nernsta Ø obliczenie SEM ogniowa: ü EI – potencjał katody, ü EII – potencjał anody ü SEM = EK – EA = EI – EII = - 0, 177 V – (- 0, 295 V) = = 0, 118 V

Zadanie 9 z rozwiązaniem v Ogniwo zbudowano w dwóch półogniw: cynowego Sn|Sn 2+, w którym elektroda cynowa zanurzona jest w roztworze swojej soli o stężeniu 2, 5 mol/dm 3 i półogniwa ołowiowego Pb|Pb 2+, w którym elektroda ołowiowa jest zanurzona w roztworze swojej soli o stężeniu 0, 5 mol/dm 3. v Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa. v Analiza i założenia do zadania: Ø napięcie standardowe półogniwa Sn: E 0 = - 0, 136 V Ø napięcie standardowe półogniwa Pb: E 0 = - 0, 126 V Ø w celu ustalenia, które z półogniw pełni funkcje katody lub anody oraz w celu obliczenia SEM jest konieczne obliczenie napięć półogniw stężeniowych:

Zadanie 9 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie napięcia półogniwa cynowego: Ø obliczenie napięcia półogniwa ołowiowego: Ø obliczenie SEM ogniwa ( EI – katoda, EII – anoda): ü SEM = EK – EA = EI – EII = - 0, 124 V – (- 0, 135 V) = 0, 011 V

Zadanie 10 z rozwiązaniem v Ogniwo zbudowano w dwóch półogniw: żelazowego Fe|Fe 2+, w którym elektroda żelazna zanurzona jest w roztworze swojej soli o stężeniu 0, 5 mol/dm 3 i półogniwa kadmowego Cd|Cd 2+, w którym elektroda kadmowa jest zanurzona w roztworze swojej soli o stężeniu 0, 015 mol/dm 3. v Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa. v Analiza i założenia do zadania: Ø napięcie standardowe półogniwa Fe|Fe 2+: E 0 = - 0, 440 V Ø napięcie standardowe półogniwa Cd|Cd 2+: E 0 = - 0, 402 V Ø w celu ustalenia, które z półogniw pełni funkcje katody lub anody oraz w celu obliczenia SEM jest konieczne obliczenie napięć półogniw stężeniowych:

Zadanie 10 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie napięcia półogniwa żelazowego: Ø obliczenie napięcia półogniwa kadmowego: Ø obliczenie SEM ogniwa (EI – katoda, EII – anoda): ü SEM = EK – EA = EI – EII = - 0, 449 V – (- 0, 456 V) = 0, 007 V

Zadanie 11 z rozwiązaniem v Ogniwo zbudowano w dwóch półogniw redox: selenowego Se 2 -|Se, o stężeniu 5 mol/dm 3 i półogniwa siarczkowego S 2 -|S stężeniu 7, 5 mol/dm 3. v Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa. v Analiza i założenia do zadania: Ø napięcie standardowe półogniwa Se 2 -|Se: E 0 = - 0, 77 V Ø napięcie standardowe półogniwa S 2 -|S: E 0 = - 0, 51 V Ø równanie Nernsta ma postać w przypadku anionów: Ø w celu ustalenia, które z półogniw pełni funkcje katody lub anody oraz w celu obliczenia SEM jest konieczne obliczenie napięć półogniw stężeniowych:

Zadanie 11 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie napięcia półogniwa selenowego: Ø obliczenie napięcia półogniwa siarczkowego: Ø obliczenie SEM ogniwa (EI – anoda, EII – katoda): ü SEM = EK – EA = EII – EI = - 0, 536 V – (- 0, 790 V) = 0, 254 V

Zadanie 12 z rozwiązaniem v Zbudowano ogniwo z półogniw chromowych redox Cr 3+|Cr 2+ o różnych stężeniach 2, 5 mol/dm 3 i 0, 5 mol/dm 3. Potencjał standardowy (stężenie 1 mol/dm 3 i temp 298 K) wynosi: E 0 = - 0, 407 V. v Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa. v Analiza i założenia do zadania: Ø w celu ustalenia, które z półogniw pełni funkcje katody lub anody oraz w celu obliczenia SEM jest konieczne obliczenie napięć półogniw stężeniowych: Ø obliczenie napięć stężeniowych półogniw chromowych o różnych stężeniach elektrolitu:

Zadanie 12 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie SEM ogniwa (EI – katoda, EII – anoda) ü SEM = EK – EA = EI – EII = - 0, 383 V – (- 0, 425 V) = 0, 042 V