Contoh Soalan dan Perbincangan tentang Potensi Elektrod Piawai
pengenalan
Potensi elektrod piawai merupakan konsep penting dalam elektrokimia yang menggambarkan keupayaan elektrod untuk menarik elektron. Konsep ini digunakan dalam pengiraan sel elektrokimia dan dalam menentukan kecenderungan untuk tindak balas redoks. Potensi elektrod piawai (E°) diukur di bawah keadaan piawai, iaitu pada kepekatan 1 M, tekanan 1 atm, dan suhu 25°C (298 K). Dalam artikel ini, kita akan membincangkan beberapa contoh masalah potensi elektrod piawai dan membincangkannya secara mendalam.
Konsep Asas Potensi Elektrod Piawai
Potensi elektrod piawai, yang dilambangkan sebagai E°, menggambarkan kecenderungan spesies kimia untuk diturunkan (menerima elektron). Semakin positif nilai E°, semakin besar kecenderungan spesies untuk dikurangkan. Sebaliknya, semakin negatif nilai E°, semakin besar kecenderungan spesies untuk teroksida (kehilangan elektron).
Jadual potensi elektrod piawai memberikan nilai E° untuk pelbagai tindak balas redoks, dan nilai ini digunakan untuk mengira potensi sel elektrokimia.
Contoh Soalan 1
Soalan:
Diberikan dua tindak balas separuh berikut dan potensi elektrodnya:
– Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s), E° = +0.80 V
– Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s), E° = +0.34 V
Tentukan potensi sel (E°_sel) untuk sel galvanik yang terbentuk oleh dua tindak balas separuh ini.
Perbincangan:
Untuk menentukan potensi sel, kita perlu mengenal pasti anod dan katod. Dalam sel galvanik, anod yang mempunyai potensi elektrod piawai yang lebih positif bertindak sebagai katod (tapak penurunan) dan anod yang mempunyai potensi elektrod piawai yang lebih negatif bertindak sebagai anod (tapak pengoksidaan).
1. Kenal pasti Anod dan Katod:
– Ag⁺ + e⁻ → Ag, E° = +0.80 V (lebih positif, jadi katod)
– Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, E° = +0.34 V (lebih negatif, jadi anod)
2. Tentukan Tindak Balas Pengoksidaan dan Penurunan:
– Katod (penurunan): Ag⁺ + e⁻ → Ag, E°_katod = +0.80 V
– Anod (pengoksidaan): Cu → Cu²⁺ + 2e⁻, E°_anod = -0.34 V (terbalikkan arah tindak balas dan tanda keupayaan)
3. Mengira sel E°:
\[
E°_{sel} = E°_{katod} – E°_{anod}
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} – (-0.34\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} + 0.34\, \text{V} = 1.14\, \text{V}
\]
Jadi, potensi sel (E°_sel) ialah +1.14 V.
Contoh Soalan 2
Soalan:
Diberi tindak balas di bawah dengan potensi elektrodnya:
– Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq), E° = +0.77 V
– Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s), E° = -0.76 V
Tentukan keupayaan sel (E°_sel) untuk sel galvanik menggunakan kedua-dua tindak balas separuh dan tulis tindak balas sel yang lengkap.
Perbincangan:
Seperti sebelumnya, kita mesti mengenal pasti anod dan katod terlebih dahulu.
1. Kenal pasti Anod dan Katod:
– Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E° = +0.77 V (lebih positif, jadi katod)
– Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn, E° = -0.76 V (lebih negatif, jadi anod)
2. Tentukan Tindak Balas Pengoksidaan dan Penurunan:
– Katod (penurunan): Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E°_katod = +0.77 V
– Anod (pengoksidaan): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻, E°_anod = -0.76 V (terbalikkan arah tindak balas dan tanda potensi)
3. Mengimbangi Elektron:
Jumlah tindak balas mesti mengimbangi bilangan elektron:
\[
2(\text{Fe}^{3+} + e⁻ → \text{Fe}^{2+})
\]
\[
\text{Zn} → \text{Zn}^{2+} + 2e⁻
\]
Jadi tindak balas sel yang lengkap ialah:
\[
2\text{Fe}^{3+} + \text{Zn} → 2\text{Fe}^{2+} + \text{Zn}^{2+}
\]
4. Mengira sel E°:
\[
E°_{sel} = E°_{katod} – E°_{anod}
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} – (-0.76\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} + 0.76\, \text{V} = 1.53\, \text{V}
\]
Jadi, potensi sel (E°_sel) ialah +1.53 V.
Contoh Soalan 3
Soalan:
Berikan potensi sel dan lengkapkan tindak balas sel untuk sel galvanik menggunakan tindak balas berikut:
– MnO₂(s) + 4H⁺(aq) + 2e⁻ → Mn²⁺(aq) + 2H₂O(l), E° = +1.23 V
– Cr³⁺(aq) + e⁻ → Cr²⁺(aq), E° = -0.50 V
Perbincangan:
1. Kenal pasti Anod dan Katod:
– MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E° = +1.23 V (lebih positif, jadi katod)
– Cr³⁺ + e⁻ → Cr²⁺, E° = -0.50 V (lebih negatif, jadi anod)
2. Tentukan Tindak Balas Pengoksidaan dan Penurunan:
– Katod (pengurangan): MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E°_katod = +1.23 V
– Anod (pengoksidaan): Cr²⁺ → Cr³⁺ + e⁻, E°_anod = +0.50 V (terbalikkan arah tindak balas dan tanda keupayaan)
3. Mengimbangi Elektron:
Jumlah tindak balas mesti mengimbangi bilangan elektron:
\[
2(\text{Cr}^{3+} + e⁻ → \text{Cr}^{2+})
\]
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2e⁻ → \text{Mn}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
Jadi tindak balas sel yang lengkap ialah:
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2\text{Cr}^{3+} → \text{Mn}^{2+} + 2\text{Cr}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
4. Mengira sel E°:
\[
E°_{sel} = E°_{katod} – E°_{anod}
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} – (-0.50\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} + 0.50\, \text{V} = 1.73\, \text{V}
\]
Jadi, potensi sel (E°_sel) ialah +1.73 V.
Kesimpulannya
Memahami potensi elektrod piawai adalah penting dalam elektrokimia untuk menentukan trend tindak balas redoks dan potensi sel elektrokimia. Dengan menggunakan langkah-langkah yang dibincangkan di atas, kita boleh mengira potensi sel bagi tindak balas redoks yang diberikan dengan mudah. Potensi elektrod piawai digunakan untuk menentukan anod dan katod dalam sel galvanik, serta untuk mengira jumlah potensi sel, yang menunjukkan kecekapan dan arah tindak balas redoks.
