Egzanp Kesyon ak Diskisyon sou Aplikasyon Elektwochimik yo
Elektwochimi se yon branch chimi ki etidye relasyon ki genyen ant reyaksyon chimik ak elektrisite. Nan lavi chak jou, nou ka jwenn elektwochimi nan plizyè domèn, tankou pil, detèktè, korozyon, ak pwosesis galvanoplasti. Pou nou konprann sa pi byen, nou prezante plizyè pwoblèm egzanp ak diskisyon ki gen rapò ak aplikasyon elektwochimi.
Egzanp Kesyon 1: Pil Galvanik (Pil Voltaik)
Kesyon:
Yo fè yon selil galvanik avèk elektwòd Zn (zenk) ak Cu (kwiv) tranpe nan solisyon ZnSO₄ ak CuSO₄ respektivman. Potansyèl elektwòd estanda a pou Zn²⁺/Zn se -0,76 V, epi pou Cu²⁺/Cu se +0,34 V. Kalkile vòltaj selil la (selil E°) selil galvanik la.
Diskisyon:
1. Detèmine reyaksyon mwatye selilè a:
– Reyaksyon demi-selil pou zenk (Zn):
\[
Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-
\]
– Reyaksyon demi-selil pou kwiv (Cu):
\[
Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu
\]
2. Idantifye Anod la ak Katod la:
– Anòd (oksidasyon): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (plis negatif, -0.76 V)
– Katod (rediksyon): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (plis pozitif, +0.34 V)
3. Kalkile Vòltaj Selil la (selil E°):
– Fòmil vòltaj selil estanda:
\[
E°_{\text{selil}} = E°_{\text{katòd}} – E°_{\text{anòd}}
\]
Avèk:
\[
E°_{\text{katòd}} = +0,34 \text{ V}
\]
\[
E°_{\text{anod}} = -0,76 \text{ V}
\]
– Kidonk, vòltaj selil la:
\[
E°_{\text{sel}} = 0.34 \text{ V} – (-0.76 \text{ V}) = 1.10 \text{ V}
\]
Egzanp Kesyon 2: Elektwoliz Solisyon NaCl
Kesyon:
Nan elektwoliz yon solisyon NaCl (aq) lè l sèvi avèk elektwòd inaktif, detèmine gaz ki pwodui nan anod la ak katod la. Epitou, ekri reyaksyon ki fèt nan chak elektwòd.
Diskisyon:
1. Reyaksyon nan elektwòd la:
– Katòd (Rediksyon):
Iyon ki ka enplike yo se Na⁺ ak H₂O.
Reyaksyon rediksyon ki anjeneral rive yo se:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
Kidonk, gaz ki pwodui nan katod la se \( H_2 \).
– Anod (Oksidasyon):
Iyon ki ka enplike yo se Cl⁻ ak H₂O.
Reyaksyon oksidasyon ki anjeneral fèt yo se:
\[
2Cl^- \rightarrow Cl_2 (g) + 2e^-
\]
Kidonk, gaz ki pwodui nan anod la se \(Cl_2 \).
2. Reyaksyon jeneral:
– Reyaksyon nan katòd la:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
– Reyaksyon nan anod la:
\[
2Cl^- \rightarrow Cl_2 (g) + 2e^-
\]
– Reyaksyon total:
\[
2H_2O + 2Cl^- \rightarrow H_2 (g) + Cl_2 (g) + 2OH^-
\]
Egzanp Kesyon 3: Pwosesis Galvanoplasti
Kesyon:
Kalkile mas ajan (Ag) ki depoze sou katod la lè w aplike yon kouran elektrik 0,5 A pandan 2 èdtan nan yon solisyon AgNO₃. Mas molè ajan an se 107,87 g/mol epi 1 Faraday ekivalan a 96.485 C/mol e⁻.
Diskisyon:
1. Detèmine chaj elektrik total la (Q):
– Kouran (I) = 0.5 A
– Tan (t) = 2 èdtan = 2 × 3600 segonn = 7200 segonn
– Yo kalkile chaj elektrik total (Q) la avèk fòmil sa a:
\[
Q = I \ fwa t
\]
- Kidonk:
\[
Q = 0.5 \text{ A} \times 7200 \text{ s} = 3600 \text{ C}
\]
2. Kalkile kantite mòl elektwon (n):
– 1 mòl elektwon = 96.485 C
– Kantite mòl elektwon ki delivre:
\[
n = \frac{3600 \text{ C}}{96.485 \text{ C/mol}} \anviwon 0.0373 \text{ mol}
\]
3. Detèmine mas ajan ki depoze a:
– Reyaksyon rediksyon nan katod la:
\[
Ag^+ + e^- \rightarrow Ag \text{ (s)}
\]
– 1 mol elektwon pwodui 1 mol Ag
– Kantite mòl Ag ki depoze:
\[
0.0373 \text{ mol Ag}
\]
– Lè nou itilize mas molè Ag a (107,87 g/mol):
\[
\text{Mas Ag} = 0.0373 \text{ mol} \times 107.87 \text{ g/mol} \anviwon 4.02 \text{ g}
\]
Kidonk, mas ajan ki depoze sou katod la se anviwon 4.02 gram.
Egzanp Kesyon 4: Korozyon
Kesyon:
Dekri pwosesis korozyon fè nan yon anviwònman imid epi ekri reyaksyon chimik ki fèt yo.
Diskisyon:
1. Etap Korozyon yo:
– Reyaksyon nan Anod la:
Fè okside an iyon ferik:
\[
Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^-
\]
– Reyaksyon nan Katòd la:
Oksijèn nan lè a reyaji avèk dlo ak elektwon ki soti nan anod la:
\[
O_2 + 4H^+ + 4e^- 2H_2O
\]
Nan yon anviwònman net ki pa asid, reyaksyon ki pi pwobab la se:
\[
O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-
\]
2. Fòmasyon Idwoksid Fè:
– Iyon Fe²⁺ yo konbine avèk iyon OH⁻ pou fòme Fe(OH)₂:
\[
Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2
\]
3. Fòmasyon rouy:
– Plis oksidasyon Fe(OH)₂ pwodui Fe(OH)₃ ki seche pou fòme rouye (Fe₂O₃.nH₂O):
\[
4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3
\]
– Fe(OH)₃ ka transfòme an Fe₂O₃ lè li pèdi dlo:
\[
2Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 + 3H_2O
\]
Pwosesis sa a demontre kijan fè korode atravè yon seri reyaksyon elektwochimik. Konnen korozyon esansyèl pou kenbe dirabilite materyèl metal yo nan bilding ak enfrastrikti.
Lè lektè yo konprann kesyon egzanp ak diskisyon ki anwo yo, nou espere ke yo ka gen yon imaj pi klè sou aplikasyon pratik prensip elektwochimik yo nan lavi chak jou.
