Pobierz

Elektrochemia – ogniwa
Przykładowe zadania z rozwiązaniami
Zadanie 1 z rozwiązaniem
 Płytkę Mg o masie 45 g zanurzono w roztworze wodnym
siarczanu(VI) glinu. Po pewnym czasie płytkę wyjęto,
przemyto oraz po osuszeniu zważono, masa wyniosła 38 g.
 Oblicz masę ubytku magnezu i masę osadzonego glinu
na płytce po zakończeniu doświadczenia.
 Analiza i założenia do zadania:




∆m = 45g – 38 g = 7 g
3 Mg + 2 Al3+  3 Mg2+ + 2 Al
3 ∙ 24 g + 2 ∙ 27 g  3 ∙ 24 g + 2 ∙ 27 g
ubytek 72 g Mg ------------- przyrost 54 g Al / ∆m = 18 g
 obliczenie masy Mg, która przeszła do roztworu i masy Al,
która przeszła z roztworu i osadziła się na płytce:

x = 28 g Mg 
x = 21 g Al.
Zadanie 2 z rozwiązaniem
 Drut Cu o masie 15 g zanurzono w roztworze wodnym
azotanu(V) srebra(I). Po pewnym czasie płytkę wyjęto,
przemyto oraz po osuszeniu zważono, masa wyniosła 27 g.
 Oblicz masę ubytku miedzi i masę osadzonego srebra
na płytce po zakończeniu doświadczenia.
 Analiza i założenia do zadania:




∆m = 27 g – 15 g = 12 g
Cu + 2 Ag+  Cu2+ + 2 Ag
64 g + 2 ∙ 108 g  64 g + 2 ∙ 108 g
ubytek 64 g Cu -------- przyrost 216 g Ag / ∆m = 152 g
 obliczenie masy Cu, która przeszła do roztworu i masy Ag,
która przeszła z roztworu i osadziła się na płytce:

x = 5 g Cu 
x = 17 g Ag
Zadanie 4 z rozwiązaniem
 W ogniwie srebrowo – aluminiowym, w którym metale
były zanurzone w roztworach swoich soli stwierdzono
ubytek masy elektrody glinowej o 0,9 g.
 Oblicz, o ile zmieniła się w tym czasie masa elektrody Ag.
 Analiza i założenia do zadania:
 A(-) Al | Al3+ || Ag+| Ag (K+)
 A(-): Al  Al3+ + 3 e- (utlenienie i przejście do roztworu)
 K(+): Ag+ + 1 e-  Ag (redukcja i wytrącenie z roztworu)
 Al + 3 Ag+
 Al3+ + 3 Ag
 27g + 3 ∙ 108 g  27g + 3 ∙ 108 g
 obliczenie masy srebra:
 27,0 g Al -------- 324 g Ag
 0,9 g Al -------- x
 x = 10,8 g Ag
Zadanie 5 z rozwiązaniem
 W trakcie pracy ogniwa chromowo-miedziowego masa
elektrody miedziowej zmieniła się o 2,4 g.
 Oblicz, o ile zmieniła się w tym czasie masa elektrody Cr.
 Analiza i założenia do zadania:
 A(-) Cr | Cr3+ || Cu2+| Cu (K+)
 A(-): Cr  Cr3+ + 3 e(utlenienie i przejście do roztworu)
 K(+): Cu2+ + 2 e-  Cu (redukcja i wytrącenie z roztworu)
 2 Cr + 3 Cu2+  2Cr3+ + 3 Cu
 2 ∙ 52 g + 3 ∙ 64 g  2 ∙ 52g + 3 ∙ 64 g
 obliczenie ubytku masy elektrody chromowej :
 192,0 g Cu -------- 104 g Cr  x = 1,3 g Cr
 2,4 g Cu -------- x
Zadanie 6 z rozwiązaniem
 W ogniwie ołowiowo-glinowym, płytka ołowiowa była
zanurzona w 200 cm3 roztworu azotanu(V) ołowiu(II) o
stężeniu 0,2 mol/dm3, natomiast płytka glinowa w 200 cm3
roztworu azotanu(V) glinu o stężeniu 0,2 mol/dm3. Przez
pewien czas z ogniwa pobierano prąd, a po rozłączeniu
obwodu płytkę ołowiową wyjęto, przemyto a po osuszeniu
zważono, jej masa zwiększyła się o 4,14g.
 Zakładając, że objętości roztworów nie zmieniły się,
oblicz stężenia molowe kationów ołowiowych i glinowych
po zakończeniu doświadczenia.
 Analiza i założenia do zadania:
 A(-) Al | Al3+ || Pb2+| Pb (K+)
 A(-): Al  Al3+ + 3 e(utlenienie i przejście do roztworu)
 K(+): Pb2+ + 2 e-  Pb (redukcja i wytrącenie z roztworu)
Zadanie 6 z rozwiązaniem /cd
 2 Al
+ 3 Pb
 2 Al3+ + 3 Pb2+
 2 mol + 3mol
 2 mol + 3 mol
 2 ∙ 27 g + 3 ∙ 207g  2 mol + 3 mol
 obliczenie ubytku moli kationów Pb2+ po zakończeniu
doświadczenia:
 207,00 g Pb2+ ---- 1 mol
 x = 0,02 mol Pb2+
4,14g Pb2+ ---- x
---------------------------- obliczenie stężenia molowego roztworu Pb2+
po zakończeniu doświadczenia:
 nPb2+ = Vr∙ Cm - 0,02mol = 0,2dm3 ∙ 0,2mol/dm3 – 0,02mol =
= 0,04 mol – 0,02mol = 0,02mol
Zadanie 6 z rozwiązaniem / cd
 obliczenie przyrostu liczby moli Al3+ po zakończeniu
doświadczenia:
 3 mol Pb2+ ---- 2 mol Al3+  x ≈ 0,013 mol Al3+
0,02 mol Pb2+ ----- x
--------------------------------- obliczenie stężenia molowego roztworu Al3+
po zakończeniu doświadczenia:
 nAl3+ = Vr ∙ Cm + 0,013 mol = 0,2 dm3 ∙ 0,2 mol/dm3 +
+ 0,013 mol = 0,04 mol + 0,013 mol = 0,053 mol
Zadanie 7 z rozwiązaniem
 W trakcie pracy ogniwa zbudowanego z dwóch
metalicznych płytek zanurzonych w roztworach swoich soli
zaszła redukcja złota, przyrost jej masy wyniósł 0,394 g
a masa drugiej płytki, której metal tworzy wyłącznie jony
dwudodatnie zmalała o 0,195 g.
 Ustal, z jakiego metalu była wykonana płytka drugiego
półogniwa, oblicz SEM ogniwa przyjmując Eo standardowe.
 Analiza i założenia do zadania:
 A(-): Me | Me2+ || Au3+ | Au K(+)
 A(-): Me  Me2+ + 2 e K(+): Au3+ + 3 e-  Au
 3 Me + 2 Au3+  3 Me2+ + 2 Au
 3 mol + 2 mol  3 mol + 2 mol
 3 ∙ MMe + 2 ∙ 197g  3 ∙ MMe + 2 ∙ 197g
Zadanie 7 z rozwiązaniem / cd
 obliczenie masy molowej metalu drugiego półogniwa /
elektrody, który tworzy jony dwudodatnie:

0,394 g Au ------ 0,195 g Me
394,000 g Au ------ 3 ∙ MMe
---------------------------------------
 Me = Zn
 obliczenie siły elektromotorycznej ogniowa:
Zadanie 8 z rozwiązaniem
 Zbudowano ogniwo złożone z dwóch półogniw / elektrod
wodorowych, jedna z nich zanurza w roztworze o pH = 3,
natomiast druga zanurzona w roztworze o pH = 5.
 Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa.
 Analiza i założenia do zadania:
 pH = 5 to [H+] = 10-pH = 10-5 mol/dm3
 pH = 3 to [H+] = 10-pH = 10-3 mol/dm3
 potencjał standardowy elektrody wodorowej: E0 = 0,00V
 do obliczeń potencjałów półogniw stężeniowych ma
zastosowanie uproszczony wzór Nernsta:

 n – liczba moli elektronów
gdzie:
[utl] – stężenie molowe formy
utlenionej
Zadanie 8 z rozwiązaniem / cd
 obliczenie potencjałów stężeniowych elektrod wodorowych
z wykorzystaniem wzoru Nernsta
 obliczenie SEM ogniowa:
 EI – potencjał katody,
 EII – potencjał anody
 SEM = EK – EA = EI – EII = - 0,177 V – (- 0,295 V) =
= 0,118 V
Zadanie 9 z rozwiązaniem
 Ogniwo zbudowano w dwóch półogniw: cynowego Sn|Sn2+,
w którym elektroda cynowa zanurzona jest w roztworze
swojej soli o stężeniu 2,5 mol/dm3 i półogniwa ołowiowego
Pb|Pb2+, w którym elektroda ołowiowa jest zanurzona
w roztworze swojej soli o stężeniu 0,5 mol/dm3.
 Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa.
 Analiza i założenia do zadania:
 napięcie standardowe półogniwa Sn: E0 = - 0,136 V
 napięcie standardowe półogniwa Pb: E0 = - 0,126 V
 w celu ustalenia, które z półogniw pełni funkcje katody lub
anody oraz w celu obliczenia SEM jest konieczne
obliczenie napięć półogniw stężeniowych:
Zadanie 9 z rozwiązaniem / cd
 obliczenie napięcia półogniwa cynowego:
 obliczenie napięcia półogniwa ołowiowego:
 obliczenie SEM ogniwa ( EI – katoda, EII – anoda):
 SEM = EK – EA = EI – EII = - 0,124 V – (- 0,135 V) = 0,011 V
Zadanie 10 z rozwiązaniem
 Ogniwo zbudowano w dwóch półogniw: żelazowego
Fe|Fe2+, w którym elektroda żelazna zanurzona jest
w roztworze swojej soli o stężeniu 0,5 mol/dm3 i półogniwa
kadmowego Cd|Cd2+, w którym elektroda kadmowa
jest zanurzona w roztworze swojej soli o stężeniu
0,015 mol/dm3.
 Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa.
 Analiza i założenia do zadania:
 napięcie standardowe półogniwa Fe|Fe2+: E0 = - 0,440 V
 napięcie standardowe półogniwa Cd|Cd2+: E0 = - 0,402 V
 w celu ustalenia, które z półogniw pełni funkcje katody
lub anody oraz w celu obliczenia SEM jest konieczne
obliczenie napięć półogniw stężeniowych:
Zadanie 10 z rozwiązaniem / cd
 obliczenie napięcia półogniwa żelazowego:
 obliczenie napięcia półogniwa kadmowego:
 obliczenie SEM ogniwa (EI – katoda, EII – anoda):
 SEM = EK – EA = EI – EII = - 0,449 V – (- 0,456 V) = 0,007 V
Zadanie 11 z rozwiązaniem
 Ogniwo zbudowano w dwóch półogniw redox: selenowego
Se2-|Se, o stężeniu 5 mol/dm3 i półogniwa siarczkowego
S2-|S stężeniu 7,5 mol/dm3.
 Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa.
 Analiza i założenia do zadania:
 napięcie standardowe półogniwa Se2-|Se: E0 = - 0,77 V
 napięcie standardowe półogniwa S2-|S: E0 = - 0,51 V
 równanie Nernsta ma postać w przypadku anionów:
 w celu ustalenia, które z półogniw pełni funkcje katody
lub anody oraz w celu obliczenia SEM jest konieczne
obliczenie napięć półogniw stężeniowych:
Zadanie 11 z rozwiązaniem / cd
 obliczenie napięcia półogniwa selenowego:
 obliczenie napięcia półogniwa siarczkowego:
 obliczenie SEM ogniwa (EI – anoda, EII – katoda):
 SEM = EK – EA = EII – EI = - 0,536 V – (- 0,790 V) = 0,254 V
Zadanie 12 z rozwiązaniem
 Zbudowano ogniwo z półogniw chromowych redox
Cr3+|Cr2+ o różnych stężeniach 2,5 mol/dm3 i 0,5 mol/dm3.
Potencjał standardowy (stężenie 1 mol/dm3 i temp 298 K)
wynosi: E0 = - 0,407 V.
 Oblicz siłę elektromotoryczną ogniwa.
 Analiza i założenia do zadania:
 w celu ustalenia, które z półogniw pełni funkcje katody
lub anody oraz w celu obliczenia SEM jest konieczne
obliczenie napięć półogniw stężeniowych:
 obliczenie napięć stężeniowych półogniw chromowych
o różnych stężeniach elektrolitu:
Zadanie 12 z rozwiązaniem / cd
 obliczenie SEM ogniwa (EI – katoda, EII – anoda)
 SEM = EK – EA = EI – EII = - 0,383 V – (- 0,425 V) = 0,042 V