Sampla de Cheisteanna Plé Leictriceimice
Is brainse den cheimic í an leictriceimic a dhéanann staidéar ar an ngaol idir imoibrithe ceimiceacha agus athruithe i bhfuinneamh leictreach. Sa leictriceimic, tá dhá phríomhchoincheap ann: ocsaídiú (scaoileadh leictreon) agus laghdú (gnóthú leictreon). Is féidir na próisis seo a fheiceáil i ndá chineál cealla leictriceimiceacha: cealla voltacha (cealla galbhánacha) agus cealla leictrealaíocha. Seo a leanas roinnt fadhbanna samplacha agus a mínithe chun cabhrú leat an leictriceimic a thuiscint.
Ceist Shamplach 1: Cill Voltaigh
Ceist:
I gcás cill voltaigh ina bhfuil leictreoidí since (Zn) agus copair (Cu) ceangailte trí dhroichead salainn, tumtar Zn i dtuaslagán 1 M ZnSO4 agus tumtar Cu i dtuaslagán 1 M CuSO4. Scríobh síos na frithghníomhartha a tharlaíonn ag gach leictreoid agus ríomh an difríocht poitéinsil (EMF) den chill voltaigh. Sonraí caighdeánacha poitéinsil leictreoid:
[E^o_{Zn}^{2+}/\téacs{Zn}} = -0.76 \, \téacs{V} \]
\[ E^o_{ \text{Cu}^{2+}/ \text{Cu}} = +0.34 \, \text{V} \]
Plé:
Is é an chéad chéim ná an t-imoibriú réadócs a tharlaíonn a chinneadh. I gcill voltaigh, tarlaíonn imoibriú réadócs spontáineach áit a
– Déantar ocsaídiú ar since (Zn):
[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Déantar laghdú ar chopar (Cu):
\[ \text{Cu}^{2+} (dr) + 2e^- \rightarrow \text{Cu(s)} \]
Is é an t-imoibriú réadócs iomlán i gcill voltaigh ná:
[Zn (s) + Cu^2+ (aq) rightarrow Zn^2+ (aq) + Cu(s)]
Ansin, déanfaimid an difríocht poitéinsil cille a ríomh:
\[ E_{\text{cill}} = E^o_{\text{catóid}} – E^o_{\text{anóid}} \]
Dimana:
– Is é an catóid an leictreoid ina dtarlaíonn laghdú (Cu).
– Is é an anóid an leictreoid ina dtarlaíonn ocsaídiú (Zn).
Mar sin,
[E_{\text{select}} = 0.34 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
[E_{\text{select}} = 0.34, \text{V} + 0.76, \text{V} = 1.10, \text{V}]
Conclúid:
– An t-imoibriú a tharlaíonn ag an anóid (Zn):
[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– An t-imoibriú a tharlaíonn ag an gcatóid (Cu):
\[ \text{Cu}^{2+} (dr) + 2e^- \rightarrow \text{Cu(s)} \]
– Difríocht poitéinsil cille (EMF): 1.10 V
-
Ceist Shamplach 2: Cill Leictrealaíoch
Ceist:
I leictrealú tuaslagáin NaCl, luaigh na frithghníomhartha a tharlaíonn ag an gcatóid agus an anóid má úsáidtear leictreoid támh, amhail platanam (Pt). Ríomh an lucht iomlán atá ag teastáil chun 1 ghram de Cl2 a tháirgeadh. (ArCl = 35.5)
Plé:
Is é an chéad chéim ná na frithghníomhartha a tharlaíonn ag gach leictreoid sa tuaslagán salainn NaCl a scríobh síos.
– Ag an gcatóid (laghdú):
Sa phróiseas seo, laghdófar iain H+ ón uisce:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH ^-(d) \]
– Ag an anóid (ocsaídiú):
Déanfar ocsaídiú ar an ian Cl- chun gás Cl2 a éirí:
\[ 2Cl^-(d) \ saighead dheis Cl_2(g) + 2e^- \]
Imoibriú Iomlán:
Mar sin, is é an t-imoibriú iomlán a tharlaíonn in leictrealú tuaslagáin NaCl ná:
\[ 2NaCl(d) + 2H_2O(l) \ saighead dheas 2NaOH(d) + H_2(g) + Cl_2(g) \]
Chun an muirear a theastaíonn chun 1 ghram de Cl2 a tháirgeadh a ríomh, ní mór dúinn líon na móil de Cl2 a chinneadh:
\[ \text{Mais Cl}_2 = 1 \text{ gram} \]
[ArCl2 = 2 × 35.5 = 71 gram/mól]
\[ \text{Líon na mól de Cl}_2 = \frac{1}{71} \text{ móil} \]
Bunaithe ar chothromóid an imoibrithe ag an anóid, táirgtear 1 mhóil de Cl2 ó 2 mhóil d'leictreoin:
\[ 2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^- \]
I bhfocail eile, teastaíonn 2 mhól leictreon le haghaidh 1 mhóil de Cl2.
Líon na móil leictreon:
\[ \text{Líon na móil leictreon} = 2 \times \frac{1}{71} = \frac{2}{71} \text{ móil} \]
Is féidir an muirear riachtanach a ríomh ag baint úsáide as luach Faraday (F = 96485 C/mol e^-):
\[Q = n \times F \]
[Q = (frac{2}{71} móil) × 96485 C/mól]
\[Q = 2718 \téacs{ C} \]
Conclúid:
– Imoibriú ag an gcatóid:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH ^-(d) \]
– Imoibriú ag an anóid:
\[ 2Cl^-(d) \ saighead dheis Cl_2(g) + 2e^- \]
– Is é 2718 C an lucht iomlán atá ag teastáil chun 1 ghram de Cl2 a tháirgeadh.
-
Sampla 3: Gaol Nernst agus Coinníollacha Neamhchaighdeánacha
Ceist:
Ríomh poitéinseal cille voltaigh atá déanta as leictreoidí Ag/Ag+ le tiúchan ian airgid de 0.1 M agus leictreoidí Zn/Zn2+ le tiúchan de 0.01 M. Is é seo an poitéinseal caighdeánach leictreoid:
[E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} = +0.80 \, \text{V} \]
[E^o_{Zn}^{2+}/\téacs{Zn}} = -0.76 \, \téacs{V} \]
Plé:
Is é an chéad chéim ná na frithghníomhartha a tharlaíonn a scríobh síos:
– Ocsaídiú ag an anóid (Zn):
[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Laghdú ag an gcatóid (Ag):
[ \text{Ag}^{+} (aq) + e^- \rightarrow \text{Ag (s)} \]
Imoibriú iomlán:
[ \text{Zn (s)} + 2\text{Ag}^{+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2\text{Ag (s)} \]
Bunaithe ar chothromóid Nernst:
[E_{\text{Cell}} = E^o_{\text{Cell}} – (\frac{0.0592}{n}) \log(\frac{[\text{táirge}]}{[\text{imoibrí}]})]
Dimana:
\[n = 2 \]
Ar dtús, ríomh 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}) \]
\[ E^o_{\text{Cell}} = 1.56 \, \text{V} \]
Ansin, ríomh an poitéinseal iarbhír cille ag an tiúchan tugtha:
[E_{Sel}} = 1.56, V – (0.0592}{2) log ([Zn^2+]}{[Ag^+]^2)]
[E_{Sel} = 1.56, V – (0.0592}{2) log (0.01}{(0.1)^2)]
[E_{Sel}} = 1.56, V – 0.0296 log (frac{0.01}{0.01})]
\[ E_{\text{Cell}} = 1.56 \, \text{V} \]
Conclúid:
– Fanann na frithghníomhartha a tharlaíonn ag an anóid agus ag an gcatóid mar a chéile
– Is é 1.56 V poitéinseal na cille le tiúchan áirithe
Taispeánann an t-alt seo conas roinnt cineálacha fadhbanna san leictriceimic a réiteach, lena n-áirítear fadhbanna a bhaineann le cealla voltacha, cealla leictrealaíocha, agus ríomhanna ag baint úsáide as Cothromóid Nernst. Tá tuiscint iomlán ar na prionsabail atá taobh thiar d’imoibrithe réadócs agus an cumas sonraí leictriceimiceacha a úsáid riachtanach chun go n-éireoidh leat na cineálacha fadhbanna seo a réiteach.
