Ehemplo sa mga Pangutana sa Panaghisgot sa Elektrokemistri
Ang elektrokemistri usa ka sanga sa kemistri nga nagtuon sa relasyon tali sa mga reaksiyong kemikal ug mga pagbag-o sa enerhiyang elektrikal. Sa elektrokemistri, adunay duha ka pangunang konsepto: oksihenasyon (ang pagpagawas sa mga elektron) ug pagkunhod (ang pag-angkon sa mga elektron). Kini nga mga proseso makita sa duha ka klase sa mga selula sa elektrokemistri: mga selula sa voltaic (mga selula sa galvanic) ug mga selula sa elektrolitika. Sa ubos mao ang pipila ka mga pananglitan sa mga problema ug ang ilang mga pagpasabut aron matabangan ka nga masabtan ang elektrokemistri.
Pananglitan nga Pangutana 1: Voltaic Cell
Pangutana:
Gihatag ang usa ka voltaic cell nga adunay zinc (Zn) ug copper (Cu) electrodes nga konektado pinaagi sa salt bridge. Ang Zn ituslob sa 1 M nga ZnSO4 solution ug ang Cu ituslob sa 1 M nga CuSO4 solution. Isulat ang mga reaksyon nga mahitabo sa matag electrode ug kwentaha ang potential difference (EMF) sa voltaic cell. Standard electrode potential data:
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0.34 \, \text{V} \]
Panaghisgot:
Ang unang lakang mao ang pagtino sa redox reaction nga mahitabo. Sa usa ka voltaic cell, usa ka spontaneous redox reaction ang mahitabo diin
– Ang zinc (Zn) moagi sa oksihenasyon:
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Ang tumbaga (Cu) moagi sa pagkunhod:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
Ang kinatibuk-ang redox reaction sa usa ka voltaic cell mao ang:
\[ \text{Zn (s)} + \text{Cu}^{2+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + \text{Cu (s)} \]
Sunod, atong kuwentahon ang kalainan sa potensyal sa selula:
\[ E_{\text{cell}} = E^o_{\text{cathode}} – E^o_{\text{anode}} \]
Asa:
– Ang cathode mao ang elektrod diin mahitabo ang reduction (Cu).
– Ang anode mao ang elektrod diin mahitabo ang oksihenasyon (Zn).
Mao nga,
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} + 0.76 \, \text{V} = 1.10 \, \text{V} \]
Konklusyon:
– Ang reaksyon nga mahitabo sa anode (Zn):
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Ang reaksyon nga mahitabo sa katod (Cu):
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
– Kalainan sa potensyal sa selula (EMF): 1.10 V
-
Pananglitan nga Pangutana 2: Elektrolitikong Selula
Pangutana:
Sa electrolysis sa usa ka NaCl solution, ipahayag ang mga reaksyon nga mahitabo sa cathode ug anode kung ang usa ka inert electrode, sama sa platinum (Pt), gigamit. Kwentaha ang kinatibuk-ang karga nga gikinahanglan aron makahimo og 1 gramo nga Cl2. (Ar Cl = 35.5)
Panaghisgot:
Ang unang lakang mao ang pagsulat sa mga reaksyon nga mahitabo sa matag elektrod sa solusyon sa asin nga NaCl.
– Sa katod (pagkunhod):
Niini nga proseso, ang mga H+ ion gikan sa tubig mokunhod:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– Sa anode (oksihenasyon):
Ang Cl- ion moagi sa oksihenasyon aron mahimong Cl2 gas:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
Kinatibuk-ang Reaksyon:
Busa, ang kinatibuk-ang reaksyon nga mahitabo sa electrolysis sa NaCl solution mao ang:
\[ 2NaCl(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow 2NaOH(aq) + H_2(g) + Cl_2(g) \]
Aron makalkulo ang gikinahanglan nga karga aron makahimo og 1 gramo nga Cl2, kinahanglan natong mahibal-an ang gidaghanon sa mga moles sa Cl2:
\[ \text{Misa sa Cl}_2 = 1 \text{ gramo} \]
\[ \text{Ar Cl}_2 = 2 \times 35.5 = 71 \text{ gramo/mol} \]
\[ \text{Gidaghanon sa mga moles sa Cl}_2 = \frac{1}{71} \text{ moles} \]
Base sa ekwasyon sa reaksyon sa anode, 1 mol sa Cl2 ang gihimo gikan sa 2 mol sa mga electron:
\[ 2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^- \]
Sa ato pa, ang 1 mole sa Cl2 nanginahanglan og 2 moles sa mga electron.
Gidaghanon sa mga moles sa mga electron:
\[ \text{Gidaghanon sa mga moles sa mga electron} = 2 \times \frac{1}{71} = \frac{2}{71} \text{ mol} \]
Ang gikinahanglan nga karga mahimong makalkulo gamit ang Faraday value (F = 96485 C/mol e^-):
\[ Q = n \times F \]
\[ Q = \left(\frac{2}{71} \text{ mol}\right) \times 96485 \text{ C/mol} \]
\[ Q = 2718 \text{ C} \]
Konklusyon:
– Reaksiyon sa katod:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– Reaksiyon sa anode:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
– Ang kinatibuk-ang karga nga gikinahanglan aron makahimo og 1 gramo nga Cl2 kay 2718 C.
-
Ehemplo 3: Relasyon ni Nernst ug mga Kondisyon nga Dili Sumbanan
Pangutana:
Kwentaha ang potensyal sa usa ka voltaic cell nga hinimo gikan sa Ag/Ag+ electrodes nga adunay konsentrasyon sa silver ion nga 0.1 M ug Zn/Zn2+ electrodes nga adunay konsentrasyon nga 0.01 M. Ang standard electrode potential mao ang:
\[ E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} = +0.80 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
Panaghisgot:
Ang unang lakang mao ang pagsulat sa mga reaksyon nga nahitabo:
– Oksihenasyon sa anode (Zn):
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Pagkunhod sa katod (Ag):
\[ \text{Ag}^{+} (aq) + e^- \rightarrow \text{Ag (s)} \]
Kinatibuk-ang reaksyon:
\[ \text{Zn (s)} + 2\text{Ag}^{+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2\text{Ag (s)} \]
Base sa ekwasyon ni Nernst:
\[ E_{\text{Selyula}} = E^o_{\text{Selyula}} – \left( \frac{0.0592}{n} \right) \log \left( \frac{[\text{produkto}]}{[\text{reaktante}]} \right) \]
Asa:
\[ n = 2 \]
Una, kwentaha ang E^o_{\text{Sel}}:
\[ E^o_{\text{Sel}} = E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} – E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} \]
\[ E^o_{\text{Sel}} = 0.80 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E^o_{\text{Selyula}} = 1.56 \, \text{V} \]
Sunod, kuwentaha ang aktuwal nga potensyal sa selula sa gihatag nga konsentrasyon:
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^{+}]^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{0.01}{(0.1)^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – 0.0296 \log \left( \frac{0.01}{0.01} \right) \]
\[ E_{\text{Selyula}} = 1.56 \, \text{V} \]
Konklusyon:
– Ang mga reaksyon nga mahitabo sa anode ug cathode magpabilin nga parehas
– Ang potensyal sa selula nga adunay gihatag nga konsentrasyon kay 1.56 V
Kini nga artikulo nagpakita kon unsaon pagsulbad ang pipila ka klase sa mga problema sa electrochemistry, lakip ang mga problema nga naglambigit sa mga voltaic cell, electrolytic cell, ug mga kalkulasyon gamit ang Nernst Equation. Ang hingpit nga pagsabot sa mga prinsipyo sa luyo sa mga redox reaction ug ang abilidad sa paggamit sa electrochemical data hinungdanon alang sa kalampusan sa pagsulbad niini nga mga klase sa problema.
