Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè Ìjíròrò Electrochemistry
Ẹ̀rọ-ẹ̀rọ-ẹ̀rọ jẹ́ ẹ̀ka kẹ́mísírì tí ó ń ṣe àgbéyẹ̀wò ìbáṣepọ̀ láàárín àwọn ìṣesí kẹ́mísírì àti àwọn ìyípadà nínú agbára iná mànàmáná. Nínú ẹ̀rọ-ẹ̀ ...
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 1: Sẹ́ẹ̀lì Voltaic
Ìbéèrè:
A fún un ní sẹ́ẹ̀lì voltaic pẹ̀lú àwọn elektirọd zinc (Zn) àti copper (Cu) tí a so pọ̀ nípasẹ̀ afárá iyọ̀. A tẹ Zn sínú omi ZnSO4 1 M, a sì tẹ Cu sínú omi CuSO4 1 M. Kọ àwọn ìṣesí tí ó ń ṣẹlẹ̀ ní elektirọd kọ̀ọ̀kan sílẹ̀ kí o sì ṣírò ìyàtọ̀ agbára (EMF) ti sẹ́ẹ̀lì voltaic náà. Dáta agbára elektirọd déédéé:
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0.34 \, \text{V} \]
Ìjíròrò:
Igbesẹ akọkọ ni lati mọ iṣe redox ti o waye. Ninu sẹẹli voltaic kan, iṣe redox lasan waye nibiti
– Zinc (Zn) ń gba ìfọ́mọ́ra:
\[ \text{Zn(s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Ejò (Cu) ń dínkù:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
Gbogbo idahun redox ninu sẹẹli voltaic kan jẹ:
\[ \text{Zn(s)} + \text{Cu}^{2+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + \text{Cu(s)} \]
Lẹ́yìn náà, a ó ṣírò ìyàtọ̀ agbára sẹ́ẹ̀lì náà:
\[ E_{\text{cell}} = E^o_{\text{cathode}} – E^o_{\text{anode}} \]
Dimana:
– Katode ni elekitirodu nibiti idinku (Cu) ti waye.
– Anode ni elekitirodu nibiti oxidation (Zn) ti waye.
Nítorí náà,
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} + 0.76 \, \text{V} = 1.10 \, \text{V} \]
Ipari:
– Ìhùwàpadà tí ó ń ṣẹlẹ̀ ní anode (Zn):
\[ \text{Zn(s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Ìhùwàpadà tí ó ń ṣẹlẹ̀ ní katódì (Cu):
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
– Ìyàtọ̀ agbára sẹ́ẹ̀lì (EMF): 1.10 V
-
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 2: Sẹ́ẹ̀lì Electrolytic
Ìbéèrè:
Nínú electrolysis ti omi NaCl kan, sọ àwọn ìṣesí tí ó máa ń ṣẹlẹ̀ ní cathode àti anode tí a bá lo electrode aláìlágbára kan, bíi platinum (Pt). Ṣírò àpapọ̀ ìdíyelé tí a nílò láti ṣe 1 giramu ti Cl2. (Ar Cl = 35.5)
Ìjíròrò:
Igbesẹ akọkọ ni lati kọ awọn iṣe ti o waye ni elekitirodu kọọkan ninu omi iyọ NaCl silẹ.
– Ní katódì (dínkù):
Nínú ìlànà yìí, àwọn ions H+ láti inú omi yóò dínkù:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \arrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– Ní anode (ìfàmọ́ra):
Cl-ion naa yoo gba ifoyina lati di gaasi Cl2:
\[ 2Cl^-(aq) \arrow Cl_2(g) + 2e^- \]
Àpapọ̀ Ìhùwàpadà:
Nitorinaa gbogbo iṣe ti o waye ninu electrolysis ti ojutu NaCl ni:
\[ 2NaCl(aq) + 2H_2O(l) \ọtun 2NaOH(aq) + H_2(g) + Cl_2(g) \]
Láti ṣírò iye owó tí a nílò láti ṣe 1 giramu ti Cl2, a nílò láti pinnu iye moles ti Cl2:
\[ \text{Iburúkú Cl}_2 = 1 \text{ giramu} \]
\[ \text{Ar Cl}_2 = 2 \times 35.5 = 71 \text{ giramu/mol} \]
\[ \text{Iye àwọn moles ti Cl}_2 = \frac{1}{71} \text{ mol} \]
Ní ìbámu pẹ̀lú ìṣètò ìṣesí ní anode, 1 mol ti Cl2 ni a ṣe láti inú mol 2 ti àwọn elekitironi:
\[ 2Cl^- \ọtunta Cl_2 + 2e^- \]
Ni awọn ọrọ miiran, mole 1 ti Cl2 nilo moles 2 ti awọn elekitironi.
Iye awọn moles ti awọn elekitironi:
\[ \text{Iye awọn moles ti awọn elekitironi} = 2 \times \frac{1}{71} = \frac{2}{71} \text{ mol} \]
A le ṣe iṣiro idiyele ti a beere nipa lilo iye Faraday (F = 96485 C/mol e^-):
\[ Q = n \igba F \]
\[ Q = \left(\frac{2}{71} \text{ mol}\right) \times 96485 \text{ C/mol} \]
\[ Q = 2718 \ọ̀rọ̀{ C} \]
Ipari:
– Ìdáhùn ní katodi:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \arrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– Ìdáhùn sí anode:
\[ 2Cl^-(aq) \arrow Cl_2(g) + 2e^- \]
– Iye agbara apapọ ti a nilo lati ṣe 1 giramu ti Cl2 jẹ 2718 C.
-
Àpẹẹrẹ 3: Ìbátan Nernst àti Àwọn Ìpò Tí Kò Déédé
Ìbéèrè:
Ṣírò agbára sẹ́ẹ̀lì voltaic kan tí a ṣe láti inú àwọn elektrodu Ag/Ag+ pẹ̀lú ìṣọ̀kan ion fàdákà ti 0.1 M àti àwọn elektrodu Zn/Zn2+ pẹ̀lú ìṣọ̀kan 0.01 M. Agbára elektrodu boṣewa ni:
\[ E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} = +0.80 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
Ìjíròrò:
Igbesẹ akọkọ ni lati kọ awọn iṣe ti o waye silẹ:
– Ìfàsẹ́yìn ní anode (Zn):
\[ \text{Zn(s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Idinku ni katode (Ag):
\[ \text{Ag}^{+} (aq) + e^- \rightarrow \text{Ag(s)} \]
Àpapọ̀ ìṣesí:
\[ \text{Zn(s)} + 2\text{Ag}^{+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2\text{Ag(s)} \]
Da lori idogba Nernst:
\[ E_{\text{Cell}} = E^o_{\text{Cell}} – \left( \frac{0.0592}{n} \right) \log \left( \frac{[\text{product}]}{[\text{reactant}]} \right) \]
Dimana:
\[ n = 2 \]
Àkọ́kọ́, ṣe ìṣirò E^o_{\text{Sel}}:
\[ E^o_{\text{Sel}} = E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} – E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} \]
\[ E^o_{\text{Sel}} = 0.80 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E^o_{\text{Cell}} = 1.56 \, \text{V} \]
Lẹ́yìn náà, ṣe ìṣirò agbára sẹ́ẹ̀lì gidi ní ìfojúsùn tí a fúnni:
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^{+}]^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{0.01}{(0.1)^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – 0.0296 \log \left( \frac{0.01}{0.01} \right) \]
\[ E_{\text{Cell}} = 1.56 \, \text{V} \]
Ipari:
– Àwọn ìṣesí tí ó ń ṣẹlẹ̀ ní anode àti cathode náà dúró dọ́gba.
– Agbara sẹẹli pẹlu ifọkansi ti a fun ni 1.56 V
Àpilẹ̀kọ yìí fihàn bí a ṣe lè yanjú onírúurú ìṣòro nínú electrochemistry, títí bí àwọn ìṣòro tó ní í ṣe pẹ̀lú àwọn sẹ́ẹ̀lì voltaic, àwọn sẹ́ẹ̀lì electrolytic, àti àwọn ìṣirò nípa lílo Nernst Equation. Òye pípéye nípa àwọn ìlànà tó wà lẹ́yìn àwọn ìyípadà redox àti agbára láti lo data electrochemical ṣe pàtàkì fún àṣeyọrí nínú yíyanjú àwọn irú ìṣòro wọ̀nyí.
