Elektrokimyo bo'yicha muhokama savollariga misol
Elektrokimyo - bu kimyoviy reaksiyalar va elektr energiyasining o'zgarishi o'rtasidagi bog'liqlikni o'rganadigan kimyo sohasi. Elektrokimyoda ikkita asosiy tushuncha mavjud: oksidlanish (elektronlarning ajralib chiqishi) va qaytarilish (elektronlarning qo'shilishi). Bu jarayonlarni ikki turdagi elektrokimyoviy elementlarda kuzatish mumkin: voltaik elementlar (galvanik elementlar) va elektrolitik elementlar. Quyida elektrokimyoni tushunishingizga yordam beradigan ba'zi misollar va ularning tushuntirishlari keltirilgan.
1-misol savol: Voltaik element
Savol:
Tuz ko'prigi orqali ulangan rux (Zn) va mis (Cu) elektrodlari bo'lgan voltaik element berilgan. Zn 1 M ZnSO4 eritmasiga, Cu esa 1 M CuSO4 eritmasiga botiriladi. Har bir elektrodda sodir bo'ladigan reaksiyalarni yozing va voltaik elementning potensiallar farqini (EMF) hisoblang. Standart elektrod potensiali ma'lumotlari:
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0.34 \, \text{V} \]
Munozara:
Birinchi qadam sodir bo'ladigan oksidlanish-qaytarilish reaksiyasini aniqlashdir. Voltaik hujayrada spontan oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi sodir bo'ladi, bu yerda
– Rux (Zn) oksidlanishga uchraydi:
\[ \text{Zn(s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Mis (Cu) qayta tiklanishga uchraydi:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \o'ngga o'q \text{Cu (s)} \]
Voltaik hujayradagi umumiy oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi quyidagicha:
\[ \text{Zn(s)} + \text{Cu}^{2+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + \text{Cu(s)} \]
Keyin, biz hujayra potensiallari farqini hisoblaymiz:
\[ E_{\matn{hujayra}} = E^o_{\matn{katod}} – E^o_{\matn{anod}} \]
Qayerda:
– Katod - bu qaytarilish (Cu) sodir bo'ladigan elektrod.
– Anod oksidlanish (Zn) sodir bo'ladigan elektroddir.
Shuning uchun; ... uchun; ... natijasida,
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} + 0.76 \, \text{V} = 1.10 \, \text{V} \]
Xulosa:
– Anodda (Zn) sodir bo'ladigan reaksiya:
\[ \text{Zn(s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Katodda (Cu) sodir bo'ladigan reaksiya:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \o'ngga o'q \text{Cu (s)} \]
– Hujayra potensiallari farqi (EMF): 1.10 V
-
2-misol savol: Elektrolitik xujayra
Savol:
NaCl eritmasining elektrolizida platina (Pt) kabi inert elektrod ishlatilsa, katod va anodda sodir bo'ladigan reaksiyalarni ayting. 1 gramm Cl2 hosil qilish uchun zarur bo'lgan umumiy zaryadni hisoblang. (Ar Cl = 35.5)
Munozara:
Birinchi qadam NaCl tuz eritmasidagi har bir elektrodda sodir bo'ladigan reaksiyalarni yozishdir.
– Katodda (qaytarilish):
Bu jarayonda suvdan H+ ionlari kamayadi:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \o‘ngga H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– Anodda (oksidlanish):
Cl-ioni Cl2 gaziga aylanish uchun oksidlanishdan o'tadi:
\[ 2Cl^-(aq) \o'ng ko'rsatkich Cl_2(g) + 2e^- \]
Umumiy reaksiya:
Shunday qilib, NaCl eritmasining elektrolizida sodir bo'ladigan umumiy reaksiya quyidagicha:
\[ 2NaCl(aq) + 2H_2O(l) \o'ng strelka 2NaOH(aq) + H_2(g) + Cl_2(g) \]
1 gramm Cl2 hosil qilish uchun zarur bo'lgan zaryadni hisoblash uchun biz Cl2 mol sonini aniqlashimiz kerak:
\[ \text{Cl massasi}_2 = 1 \text{ gram} \]
\[ \text{Ar Cl}_2 = 2 \marta 35.5 = 71 \text{gram/mol} \]
\[ \text{Cl ning mol soni}_2 = \frac{1}{71} \text{ mol} \]
Anoddagi reaksiya tenglamasiga asoslanib, 2 mol elektrondan 1 mol Cl2 hosil bo'ladi:
\[ 2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^- \]
Boshqacha aytganda, 1 mol Cl2 uchun 2 mol elektron kerak.
Elektronlarning mol soni:
\[ \text{Elektronlarning mol soni} = 2 \times \frac{1}{71} = \frac{2}{71} \text{ mol} \]
Kerakli zaryadni Faraday qiymati (F = 96485 C/mol e^-) yordamida hisoblash mumkin:
\[ Q = n \ marta F \]
\[ Q = \chap(\frac{2}{71} \text{mol}\o'ng) \times 96485 \text{ C/mol} \]
\[ Q = 2718 \text{ C} \]
Xulosa:
– Katoddagi reaksiya:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \o‘ngga H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– Anoddagi reaksiya:
\[ 2Cl^-(aq) \o'ng ko'rsatkich Cl_2(g) + 2e^- \]
– 1 gramm Cl2 hosil qilish uchun zarur bo'lgan umumiy zaryad 2718 C ga teng.
-
3-misol: Nernst munosabati va nostandart shartlar
Savol:
0.1 M kumush ion konsentratsiyasiga ega Ag/Ag+ elektrodlari va 0.01 M konsentratsiyasiga ega Zn/Zn2+ elektrodlaridan tayyorlangan voltaik elementning potensialini hisoblang. Standart elektrod potensiali quyidagicha:
\[ E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} = +0.80 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
Munozara:
Birinchi qadam sodir bo'ladigan reaksiyalarni yozib olishdir:
– Anodda (Zn) oksidlanish:
\[ \text{Zn(s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Katodda qaytarilish (Ag):
\[ \text{Ag}^{+} (aq) + e^- \rightarrow \text{Ag(s)} \]
Umumiy reaksiya:
\[ \text{Zn(s)} + 2\text{Ag}^{+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2\text{Ag(s)} \]
Nernst tenglamasiga asoslanib:
\[ E_{\text{Cell}} = E^o_{\text{Cell}} – \chap( \frac{0.0592}{n} \right) \log \left( \frac{[\text{product}]}{[\text{reaktant}]} \right) \]
Qayerda:
\[ n = 2 \]
Avval E^o_{\text{Sel}} ni hisoblang:
\[ E^o_{\text{Sel}} = E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} – E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} \]
\[ E^o_{\text{Sel}} = 0.80 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E^o_{\text{Cache}} = 1.56 \, \text{V} \]
Keyin, berilgan konsentratsiyadagi haqiqiy hujayra potensialini hisoblang:
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \chap( \frac{0.0592}{2} \right) \log \chap( \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^{+}]^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \chap( \frac{0.0592}{2} \o'ng) \log \chap( \frac{0.01}{(0.1)^2} \o'ng) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – 0.0296 \log \left( \frac{0.01}{0.01} \right) \]
\[ E_{\text{Cache}} = 1.56 \, \text{V} \]
Xulosa:
– Anod va katodda sodir bo'ladigan reaksiyalar bir xil bo'lib qoladi
– Berilgan konsentratsiyaga ega bo'lgan hujayra potensiali 1.56 V ga teng
Ushbu maqolada elektrokimyoda bir nechta turdagi muammolarni, jumladan, voltaik elementlar, elektrolitik elementlar va Nernst tenglamasidan foydalangan holda hisob-kitoblarni qanday hal qilish ko'rsatilgan. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tamoyillarini chuqur tushunish va elektrokimyoviy ma'lumotlardan foydalanish qobiliyati ushbu turdagi muammolarni muvaffaqiyatli hal qilish uchun juda muhimdir.
