Ceistean Eisimpleir agus Deasbad mu Chomas Electrode Coitcheann
Pendahuuan
’S e bun-bheachd chudromach ann an dealan-cheimigeachd a th’ ann an comas dealan àbhaisteach a tha a’ toirt cunntas air comas dealanan a thàladh. Tha am bun-bheachd seo air a chleachdadh ann an àireamhachadh cealla dealan-cheimigeach agus ann a bhith a’ dearbhadh claonadh ath-bheachdan redox. Tha comas dealan àbhaisteach (E°) air a thomhas fo chumhachan àbhaisteach, is e sin aig dùmhlachd de 1 M, cuideam de 1 atm, agus teòthachd de 25°C (298 K). San artaigil seo, bruidhnidh sinn air grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan comas dealan àbhaisteach agus bruidhnidh sinn orra gu mionaideach.
Bun-bheachd air Comas Electrode Coitcheann
Tha comas àbhaisteach an electrod, air a chomharrachadh mar E°, a’ toirt cunntas air claonadh gnè ceimigeach a bhith air a lùghdachadh (dealanan a ghabhail). Mar as deimhinniche an luach E°, ’s ann as motha a bhios an gnè air a lùghdachadh. Air an làimh eile, mar as àicheile an luach E°, ’s ann as motha a bhios an gnè air a ocsaidachadh (dealanan a chall).
Tha an clàr comas electrode àbhaisteach a’ toirt seachad luachan E° airson diofar ath-bheachdan redox, agus thathas a’ cleachdadh nan luachan seo gus comasan cealla electroceimiceach obrachadh a-mach.
Eisimpleir Ceist 1
Ceist:
A’ toirt seachad an dà leth-fhreagairt a leanas agus na comasan electrod aca:
– Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s), E° = +0.80 V
– Cu²⁺(d) + 2e⁻ → Cu(s), E° = +0.34 V
Obraich a-mach comas na cealla (E°_cell) airson na cealla galvanach a chaidh a chruthachadh leis an dà leth-ath-bhualadh seo.
Deasbad:
Gus comas na cealla a dhearbhadh, feumaidh sinn an anod agus an catod aithneachadh. Ann an cealla galvanach, bidh am fear leis a’ chomas electrod àbhaisteach as deimhinniche ag obair mar an catod (làrach lughdachadh) agus am fear leis a’ chomas as àicheil mar an anod (làrach ocsaididh).
1. Comharraich an t-anòd agus an catòd:
– Ag⁺ + e⁻ → Ag, E° = +0.80 V (nas deimhinniche, mar sin catod)
– Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, E° = +0.34 V (barrachd àicheil, mar sin anod)
2. Obraich a-mach ath-bheachdan ocsaididh agus lughdachadh:
– Catod (lùghdachadh): Ag⁺ + e⁻ → Ag, E°_catod = +0.80 V
– Anod (ocsaidachadh): Cu → Cu²⁺ + 2e⁻, E°_anode = -0.34 V (cuir às do stiùireadh an ath-bhualaidh agus soidhne a’ chomas)
3. A’ tomhas cealla E°:
\[
E°_{cell} = E°_{catode} – E°_{anóid}
\]
\[
E°_{select} = 0.80, V – (-0.34, V)
\]
\[
E°_{select} = 0.80, V + 0.34, V = 1.14, V
\]
Mar sin, tha comas na cealla (E°_cell) aig +1.14 V.
Eisimpleir Ceist 2
Ceist:
A’ toirt seachad an ath-bhualadh gu h-ìosal leis a’ chomas electrod aige:
– Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq), E° = +0.77 V
– Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s), E° = -0.76 V
Obraich a-mach comas na cealla (E°_cell) airson cealla ghalbhanach a’ cleachdadh an dà leth-fhreagairt, agus sgrìobh an ath-bhualadh cealla slàn.
Deasbad:
Mar a bha roimhe, feumaidh sinn an toiseach an anod agus an catod aithneachadh.
1. Comharraich an t-anòd agus an catòd:
– Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E° = +0.77 V (nas deimhinniche, mar sin catod)
– Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn, E° = -0.76 V (nas àicheil, mar sin anod)
2. Obraich a-mach ath-bheachdan ocsaididh agus lughdachadh:
– Catod (lùghdachadh): Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E°_catod = +0.77 V
– Anod (ocsaidachadh): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻, E°_anode = -0.76 V (cuir às do stiùireadh an ath-bhualaidh agus soidhne a’ chomas)
3. Cothromachadh electronan:
Feumaidh an ath-bhualadh iomlan cothromachadh a dhèanamh eadar àireamh nan dealanan:
\[
2(\text{Fe}^{3+} + e⁻ → \text{Fe}^{2+})
\]
\[
\text{Zn} → \text{Zn}^{2+} + 2e⁻
\]
Mar sin, is e seo freagairt iomlan nan ceallan:
\[
2\text{Fe}^{3+} + \text{Zn} → 2\text{Fe}^{2+} + \text{Zn}^{2+}
\]
4. A’ tomhas cealla E°:
\[
E°_{cell} = E°_{catode} – E°_{anóid}
\]
\[
E°_{select} = 0.77, V – (-0.76, V)
\]
\[
E°_{select} = 0.77, V + 0.76, V = 1.53, V
\]
Mar sin, tha comas na cealla (E°_cell) aig +1.53 V.
Eisimpleir Ceist 3
Ceist:
Thoir comas na cealla agus freagairt iomlan na cealla airson cealla galvanach a’ cleachdadh an fhreagairt a leanas:
– MnO₂(s) + 4H⁺(d) + 2e⁻ → Mn²⁺(d) + 2H₂O(l), E° = +1.23 V
– Cr³⁺(d) + e⁻ → Cr²⁺(d), E° = -0.50 V
Deasbad:
1. Comharraich an t-anòd agus an catòd:
– MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E° = +1.23 V (nas deimhinniche, mar sin catod)
– Cr³⁺ + e⁻ → Cr²⁺, E° = -0.50 V (nas àicheil, mar sin anod)
2. Obraich a-mach ath-bheachdan ocsaididh agus lughdachadh:
– Catode (lùghdachadh): MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E°_cathode = +1.23 V
– Anod (ocsaidachadh): Cr²⁺ → Cr³⁺ + e⁻, E°_anode = +0.50 V (cuir às do stiùireadh an ath-bhualaidh agus soidhne a’ chomas)
3. Cothromachadh electronan:
Feumaidh an ath-bhualadh iomlan cothromachadh a dhèanamh eadar àireamh nan dealanan:
\[
2(\text{Cr}^{3+} + e⁻ → \text{Cr}^{2+})
\]
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2e⁻ → \text{Mn}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
Mar sin, is e seo freagairt iomlan nan ceallan:
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2\text{Cr}^{3+} → \text{Mn}^{2+} + 2\text{Cr}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
4. A’ tomhas cealla E°:
\[
E°_{cell} = E°_{catode} – E°_{anóid}
\]
\[
E°_{select} = 1.23, V – (-0.50, V)
\]
\[
E°_{select} = 1.23, V + 0.50, V = 1.73, V
\]
Mar sin, tha comas na cealla (E°_cell) aig +1.73 V.
Co-dhùnadh
Tha tuigse air comasan electrode àbhaisteach deatamach ann an dealan-cheimigeachd airson gluasadan ath-bhualadh redox agus comasan cealla dealan-cheimigeach a dhearbhadh. Le bhith a’ cleachdadh nan ceumannan a chaidh a dheasbad gu h-àrd, is urrainn dhuinn comas cealla ath-bhualadh redox sònraichte obrachadh a-mach gu furasta. Bithear a’ cleachdadh comasan electrode àbhaisteach gus an anod agus an catod ann an cealla galvanach a dhearbhadh, a bharrachd air comas iomlan na cealla obrachadh a-mach, a tha a’ nochdadh èifeachdas agus stiùireadh an ath-bhualadh redox.
