Cwestiynau Enghreifftiol a Thrafodaeth o Botensial Electrod Safonol
Rhagymadrodd
Mae potensial electrod safonol yn gysyniad pwysig mewn electrocemeg sy'n disgrifio gallu electrod i ddenu electronau. Defnyddir y cysyniad hwn mewn cyfrifiadau celloedd electrogemegol ac wrth bennu'r duedd ar gyfer adweithiau redoks. Mesurir potensial electrod safonol (E°) o dan amodau safonol, sef ar grynodiad o 1 M, pwysedd o 1 atm, a thymheredd o 25°C (298 K). Yn yr erthygl hon, byddwn yn trafod sawl enghraifft o broblemau potensial electrod safonol ac yn eu trafod yn fanwl.
Cysyniad Sylfaenol Potensial Electrod Safonol
Mae'r potensial electrod safonol, a ddynodir fel E°, yn disgrifio tuedd rhywogaeth gemegol i gael ei lleihau (derbyn electronau). Po fwyaf positif yw gwerth E°, y mwyaf yw tuedd y rhywogaeth i gael ei lleihau. I'r gwrthwyneb, po fwyaf negyddol yw gwerth E°, y mwyaf yw tuedd y rhywogaeth i gael ei ocsideiddio (colli electronau).
Mae'r tabl potensial electrod safonol yn darparu gwerthoedd E° ar gyfer amrywiol adweithiau redoks, a defnyddir y gwerthoedd hyn i gyfrifo potensialau celloedd electrogemegol.
Cwestiwn Enghraifft 1
Cwestiwn:
O ystyried y ddau hanner adwaith canlynol a'u potensialau electrod:
– Ag⁺(d) + e⁻ → Ag(s), E° = +0.80 V
– Cu²⁺(d) + 2e⁻ → Cu(s), E° = +0.34 V
Pennwch botensial y gell (E°_cell) ar gyfer y gell galfanig a ffurfiwyd gan y ddau hanner adwaith hyn.
Trafodaeth:
I bennu potensial y gell, mae angen i ni adnabod yr anod a'r catod. Mewn cell galfanig, yr un sydd â'r potensial electrod safonol mwyaf positif sy'n gweithredu fel y catod (safle'r gostyngiad) a'r un sydd â'r un mwyaf negatif fel yr anod (safle'r ocsideiddio).
1. Nodwch yr Anod a'r Cathod:
– Ag⁺ + e⁻ → Ag, E° = +0.80 V (mwy positif, felly catod)
– Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, E° = +0.34 V (mwy negyddol, felly anod)
2. Penderfynu ar Adweithiau Ocsidiad a Gostyngiad:
– Catod (gostyngiad): Ag⁺ + e⁻ → Ag, E°_catod = +0.80 V
– Anod (ocsidiad): Cu → Cu²⁺ + 2e⁻, E°_anode = -0.34 V (gwrthdroi cyfeiriad yr adwaith a'r arwydd potensial)
3. Cyfrifo E°_cell:
\[
E°_{cell} = E°_{catod} – E°_{anod}
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} – (-0.34\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.80, \text{V} + 0.34, \text{V} = 1.14, \text{V}
\]
Felly, potensial y gell (E°_cell) yw +1.14 V.
Cwestiwn Enghraifft 2
Cwestiwn:
O ystyried yr adwaith isod gyda'i botensial electrod:
– Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq), E° = +0.77 V
– Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s), E° = -0.76 V
Pennwch botensial y gell (E°_cell) ar gyfer cell galfanig gan ddefnyddio'r ddau hanner adwaith, ac ysgrifennwch adwaith cyflawn y gell.
Trafodaeth:
Fel o'r blaen, rhaid inni adnabod yr anod a'r catod yn gyntaf.
1. Nodwch yr Anod a'r Cathod:
– Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E° = +0.77 V (mwy positif, felly catod)
– Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn, E° = -0.76 V (mwy negatif, felly anod)
2. Penderfynu ar Adweithiau Ocsidiad a Gostyngiad:
– Catod (gostyngiad): Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E°_catod = +0.77 V
– Anod (ocsidiad): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻, E°_anode = -0.76 V (gwrthdroi cyfeiriad yr adwaith a'r arwydd potensial)
3. Cydbwyso Electronau:
Rhaid i'r adwaith cyfan gydbwyso nifer yr electronau:
\[
2(\text{Fe}^{3+} + e⁻ → \text{Fe}^{2+})
\]
\[
\text{Zn} → \text{Zn}^{2+} + 2e⁻
\]
Felly dyma adwaith cyflawn y gell:
\[
2\text{Fe}^{3+} + \text{Zn} → 2\text{Fe}^{2+} + \text{Zn}^{2+}
\]
4. Cyfrifo E°_cell:
\[
E°_{cell} = E°_{catod} – E°_{anod}
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} – (-0.76\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.77, \text{V} + 0.76, \text{V} = 1.53, \text{V}
\]
Felly, potensial y gell (E°_cell) yw +1.53 V.
Cwestiwn Enghraifft 3
Cwestiwn:
Rhowch botensial y gell a'r adwaith cell cyflawn ar gyfer cell galfanig gan ddefnyddio'r adwaith canlynol:
– MnO₂(s) + 4H⁺(d) + 2e⁻ → Mn²⁺(d) + 2H₂O(h), E° = +1.23 V
– Cr³⁺(d) + e⁻ → Cr²⁺(d), E° = -0.50 V
Trafodaeth:
1. Nodwch yr Anod a'r Cathod:
– MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E° = +1.23 V (mwy positif, felly catod)
– Cr³⁺ + e⁻ → Cr²⁺, E° = -0.50 V (mwy negatif, felly anod)
2. Penderfynu ar Adweithiau Ocsidiad a Gostyngiad:
– Cathod (gostyngiad): MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E°_cathod = +1.23 V
– Anod (ocsidiad): Cr²⁺ → Cr³⁺ + e⁻, E°_anode = +0.50 V (gwrthdroi cyfeiriad yr adwaith a'r arwydd potensial)
3. Cydbwyso Electronau:
Rhaid i'r adwaith cyfan gydbwyso nifer yr electronau:
\[
2(\text{Cr}^{3+} + e⁻ → \text{Cr}^{2+})
\]
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2e⁻ → \text{Mn}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
Felly dyma adwaith cyflawn y gell:
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2\text{Cr}^{3+} → \text{Mn}^{2+} + 2\text{Cr}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
4. Cyfrifo E°_cell:
\[
E°_{cell} = E°_{catod} – E°_{anod}
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} – (-0.50\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 1.23, \text{V} + 0.50, \text{V} = 1.73, \text{V}
\]
Felly, potensial y gell (E°_cell) yw +1.73 V.
Casgliad
Mae deall potensialau electrod safonol yn hanfodol mewn electrocemeg ar gyfer pennu tueddiadau adwaith redoks a photensialau celloedd electrogemegol. Gan ddefnyddio'r camau a drafodwyd uchod, gallwn gyfrifo potensial celloedd adwaith redoks penodol yn hawdd. Defnyddir potensialau electrod safonol i bennu'r anod a'r catod mewn cell galfanig, yn ogystal ag i gyfrifo cyfanswm potensial y gell, sy'n dangos effeithlonrwydd a chyfeiriad yr adwaith redoks.
