Egzanp Kesyon Diskisyon sou Elektwochimik
Elektwochimi se yon branch chimi ki etidye relasyon ki genyen ant reyaksyon chimik ak chanjman nan enèji elektrik. Nan elektwochimi, gen de konsèp prensipal: oksidasyon (liberasyon elektwon) ak rediksyon (genyen elektwon). Pwosesis sa yo ka obsève nan de kalite selil elektwochimik: selil voltaik (selil galvanik) ak selil elektwolitik. Anba la a, gen kèk egzanp pwoblèm ak eksplikasyon yo pou ede ou konprann elektwochimi.
Egzanp Kesyon 1: Pil Voltaik
Kesyon:
Bay yon selil voltayik ak elektwòd zenk (Zn) ak kwiv (Cu) konekte atravè yon pon sèl. Yo plonje Zn nan yon solisyon 1 M ZnSO4 epi yo plonje Cu nan yon solisyon 1 M CuSO4. Ekri reyaksyon ki fèt nan chak elektwòd epi kalkile diferans potansyèl (EMF) selil voltayik la. Done potansyèl elektwòd estanda:
E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0.34 \, \text{V} \]
Diskisyon:
Premye etap la se detèmine reyaksyon redoks ki fèt la. Nan yon selil voltaik, yon reyaksyon redoks espontane fèt kote
– Zenk (Zn) sibi oksidasyon:
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Kuiv (Cu) sibi rediksyon:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
Reyaksyon redoks total nan yon selil voltaik se:
\[ \tekst{Zn (s)} + \tekst{Cu}^{2+} (aq) \rightarrow \tekst{Zn}^{2+} (aq) + \tekst{Cu (s)} \]
Apre sa, nou pral kalkile diferans potansyèl selil la:
\[ E_{\text{selil}} = E^o_{\text{katòd}} – E^o_{\text{anòd}} \]
Ki kote:
Katod la se elektwòd kote rediksyon (Cu) a fèt.
Anod la se elektwòd kote oksidasyon (Zn) fèt la.
Se konsa, sa,
E_{sel} = 0.34, V – (-0.76, V)
E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} + 0.76 \, \text{V} = 1.10 \, \text{V} \]
Konklizyon:
– Reyaksyon ki fèt nan anod la (Zn):
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Reyaksyon ki fèt nan katod la (Cu):
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
– Diferans potansyèl selilè (EMF): 1.10 V
-
Egzanp Kesyon 2: Selil Elektwolitik
Kesyon:
Nan elektwoliz yon solisyon NaCl, endike reyaksyon ki fèt nan katod la ak anod la si yo itilize yon elektwòd inaktif, tankou platinum (Pt). Kalkile chaj total ki nesesè pou pwodui 1 gram Cl2. (ArCl = 35.5)
Diskisyon:
Premye etap la se ekri reyaksyon ki fèt nan chak elektwòd nan solisyon sèl NaCl la.
– Nan katod la (rediksyon):
Nan pwosesis sa a, iyon H+ ki nan dlo yo pral redwi:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– Nan anod la (oksidasyon):
Iyon Cl- la pral sibi oksidasyon pou l vin tounen gaz Cl2:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
Reyaksyon Total:
Kidonk, reyaksyon total ki fèt nan elektwoliz solisyon NaCl la se:
\[ 2NaCl(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow 2NaOH(aq) + H_2(g) + Cl_2(g) \]
Pou kalkile chaj ki nesesè pou pwodui 1 gram Cl2, nou bezwen detèmine kantite mòl Cl2:
\[ \text{Mas Cl}_2 = 1 \text{ gram} \]
\[ \text{ArCl}_2 = 2 \times 35.5 = 71 \text{ gram/mol} \]
\[ \text{Kantite mòl Cl}_2 = \frac{1}{71} \text{ mol} \]
Baze sou ekwasyon reyaksyon an nan anod la, 1 mol Cl2 pwodui apati 2 mol elektwon:
\[ 2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^- \]
Nan lòt mo, 1 mol Cl2 mande 2 mol elektwon.
Kantite mòl elektwon:
\[ \text{Kantite mòl elektwon} = 2 \times \frac{1}{71} = \frac{2}{71} \text{ mol} \]
Yo ka kalkile chaj ki nesesè a lè yo itilize valè Faraday la (F = 96485 C/mol e^-):
Q = n fwa F
Q = (2/71 mol) fwa 96485 C/mol
\[ Q = 2718 \text{ C} \]
Konklizyon:
– Reyaksyon nan katòd la:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– Reyaksyon nan anod la:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
Chaj total ki nesesè pou pwodui 1 gram Cl2 se 2718 C.
-
Egzanp 3: Relasyon Nernst ak Kondisyon ki pa estanda
Kesyon:
Kalkile potansyèl yon selil voltayik ki fèt ak elektwòd Ag/Ag+ ak yon konsantrasyon iyon ajan 0.1 M ak elektwòd Zn/Zn2+ ak yon konsantrasyon 0.01 M. Potansyèl elektwòd estanda a se:
E^o_{\tekst{Ag}^{+}/\tekst{Ag}} = +0.80 \, \tekst{V} \]
E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
Diskisyon:
Premye etap la se ekri reyaksyon ki fèt yo:
– Oksidasyon nan anod la (Zn):
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Rediksyon nan katod la (Ag):
\[ \text{Ag}^{+} (aq) + e^- \rightarrow \text{Ag (s)} \]
Reyaksyon total:
\[ \tekst{Zn (s)} + 2\tekst{Ag}^{+} (aq) \rightarrow \tekst{Zn}^{2+} (aq) + 2\tekst{Ag (s)} \]
Baze sou ekwasyon Nernst la:
\[ E_{\text{Selil}} = E^o_{\text{Selil}} – \left( \frac{0.0592}{n} \right) \log \left( \frac{[\text{pwodui}]}{[\text{reyajan}]} \right) \]
Ki kote:
\[n = 2\]
Premyèman, kalkile E^o_{\text{Sel}}:
\[ E^o_{\tekst{Sel}} = E^o_{\tekst{Ag}^{+}/\tekst{Ag}} – E^o_{\tekst{Zn}^{2+}/\tekst{Zn}} \]
E^o_{\text{Sel}} = 0.80 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V})
\[ E^o_{\text{Selil}} = 1.56 \, \text{V} \]
Apre sa, kalkile potansyèl selilè aktyèl la nan konsantrasyon yo bay la:
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^{+}]^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{0.01}{(0.1)^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – 0.0296 \log \left( \frac{0.01}{0.01} \right) \]
\[ E_{\text{Selil}} = 1.56 \, \text{V} \]
Konklizyon:
Reyaksyon ki fèt nan anod la ak katod la rete menm jan an
– Potansyèl selil la ak yon konsantrasyon bay se 1.56 V
Atik sa a montre kijan pou rezoud plizyè kalite pwoblèm nan elektwochimi, tankou pwoblèm ki enplike selil voltaik, selil elektwolitik, ak kalkil lè l sèvi avèk ekwasyon Nernst la. Yon konpreyansyon apwofondi sou prensip ki dèyè reyaksyon redoks yo ak kapasite pou itilize done elektwochimik yo esansyèl pou reyisi nan rezoud kalite pwoblèm sa yo.
