Alkalisk batteri og feilbygde galvaniske celler

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

I et alkalisk batteri reagerer sink, Zn, med mangan(IV)oksid, $M n O_{2}$ . Halvreaksjonene, skrevet som reduksjoner, er

\begin{matrix} Z n O + H_{2} O + 2 e^{-} \to Z n + 2 O H^{-} & E_{red} = - 1,26 V \\ M n O_{2} + H^{+} + e^{-} \to M n O (O H) & E_{red} = 0,74 V \end{matrix}

For hånd

Skriv en balansert reaksjonslikning for reaksjonen som skjer i batteriet.

Zn-elektroden i et nytt batteri veide $6,0 g$ .

Kalkulator

Hvor mange mol $M n O_{2}$ må batteriet minst inneholde dersom sink er den begrensende reaktanten?

Kalkulator

Regn ut batterikapasiteten til batteriet i b). Oppgi svaret i Ah.

Elevene i en kjemiklasse har fått i oppdrag å lage en galvanisk celle med to elektroder i hver sin $1,0 m o l / L$ løsning. Tre av gruppene laget celler som ikke fungerte, og disse er vist i figur 1.

Figur 1: Skisse av cellene til tre av gruppene

For hånd

Forklar hva som er galt med hver av de tre cellene.

Fasit

$Z n (s) + 2 M n O_{2} (s) + H_{2} O (l) \to Z n O (s) + 2 M n O (O H) (s)$

$n (M n O_{2}) = 0,18 m o l$

$Kapasitet = 4,9 A h$

Gruppe 1: $Z n^{2 +}$ kan ikke oksidere kobber, så det er ingen spontan reaksjon. Gruppe 2: sink reagerer direkte med salpetersyren. Gruppe 3: sink reagerer direkte med $C u^{2 +}$ , og $C l^{-}$ fra saltbroen feller ut $AgCl$ .

LøsningsforslagKI-generert

Sink har lavest reduksjonspotensial og blir oksidert. Den første halvreaksjonen snus. Den andre ganges med 2, så elektronene går opp:

\begin{matrix} Oksidasjon: & Z n + 2 O H^{-} \to Z n O + H_{2} O + 2 e^{-} \\ Reduksjon: & 2 M n O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-} \to 2 M n O (O H) \end{matrix}

Vi legger sammen. $2 O H^{-}$ og $2 H^{+}$ blir $2 H_{2} O$ , og ett av vannmolekylene strykes mot vannet på høyre side:

Z n (s) + 2 M n O_{2} (s) + H_{2} O (l) \to Z n O (s) + 2 M n O (O H) (s)

Cellespenningen er $E = 0,74 V - (- 1,26 V) = 2,00 V$ .

Med $M (Zn) = 65,38 g / m o l$ fra periodesystemet:

n (Zn) = \frac{6,0 g}{65,38 g / m o l} = 0,0918 m o l

Molforholdet i totalreaksjonen er $Zn : M n O_{2} = 1 : 2$ . For at sink skal være begrensende, må det være minst

n (M n O_{2}) = 2 \cdot 0,0918 m o l = 0,18 m o l

Hvert sinkatom avgir 2 elektroner:

n (e^{-}) = 2 \cdot 0,0918 m o l = 0,1835 m o l

Ladningen batteriet kan levere, er

Q = n (e^{-}) \cdot F = 0,1835 m o l \cdot 96485 C / m o l = 1,771 \cdot 10^{4} C

Siden $1 A h = 3600 C$ , blir kapasiteten

\frac{1,771 \cdot 10^{4} C}{3600 C / A h} = 4,9 A h

Gruppe 1. Grafittelektroden står i $Z n S O_{4} (a q)$ . Det eneste som kan reduseres der, er $Z n^{2 +}$ med $E^{\circ} = - 0,76 V$ . Det er et svakere oksidasjonsmiddel enn $C u^{2 +}$ ( $E^{\circ} = 0,34 V$ ). $Z n^{2 +}$ kan derfor ikke oksidere kobber, og cellen har ingen spontan reaksjon ( $E = - 1,10 V$ ). Cellen virker hvis grafitt byttes med en sinkelektrode.

Gruppe 2. Sink står i salpetersyre. Sink reagerer direkte med syren:

Z n (s) + 2 H^{+} (a q) \to Z n^{2 +} (a q) + H_{2} (g)

Nitrat i sur løsning er også et sterkt oksidasjonsmiddel. Elektronene går da rett fra sink til syren i begerglasset, ikke gjennom ledningen. Sinkelektroden bør stå i en løsning av sinkioner, for eksempel $Z n {(N O_{3})}_{2} (a q)$ . Grafitt i $A g N O_{3} (a q)$ fungerer som katode.

Gruppe 3. Cellen har to feil. Sink står i $C u S O_{4} (a q)$ og reagerer direkte med kobberionene:

Z n (s) + C u^{2 +} (a q) \to Z n^{2 +} (a q) + C u (s)

Sink bør stå i $Z n S O_{4} (a q)$ . Saltbroen inneholder dessuten $NaCl$ . Kloridioner vandrer over i sølvnitratløsningen og feller ut sølvklorid ( $K_{sp} = 1,77 \cdot 10^{- 10}$ ):

A g^{+} (a q) + C l^{-} (a q) \to A g C l (s)

Da forsvinner $A g^{+}$ , og bunnfallet kan tette saltbroen. Saltbroen bør inneholde et salt som ikke feller ut, for eksempel $K N O_{3}$ eller $N a N O_{3}$ .

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2024. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 H2024, del 2, oppgave 8
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Galvaniske celler, Redoksreaksjoner, Støkiometri

Alkalisk batteri og feilbygde galvaniske celler

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Alkalisk batteri og feilbygde galvaniske celler

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Alkalisk batteri og feilbygde galvaniske celler

Alkalisk batteri og feilbygde galvaniske celler

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer