2012/2013 tavaszi félév 10. óra

Átírás

1 2012/2013 tvszi félév 10. ór Glvánelemek, Elektromotoros erő számítás Cellfolymtok felírás, rendezése, ruttó folymt foglm Koncentrációs elemek Elektrokémii egyensúlyok Redoxrekciók irányánk megállpítás elektródpotenciálok segítségével Elektrolízis számítás Frdy törvénye Elektródfolymtok megállpítás, ruttó folymt Benkő Zoltán jegyzet: 9. fejezet Eredeti Veszprémi T. (digitálisn Csonk G) jegyzet: X. fejezet Gykorlt nyg: itt z Okttás fülön elül z Egyé ktegórián Kémii számítások keresztféléveseknek tvsz menüt kell válsztni! 1

2 Fontos tudnivlók elektródpotenciál (ε) : stndrd hidrogénelektródhoz (ε = 0 V) viszonyított potenciál + z ne- Red Nernst-egyenlet: (F: Frdy állndó: 96485C/mol) RT 0 0, ln lg zf Red z Red Első fjú fém elektródok: (fém merül ionji oldtá) M z+ + ze M 0 0,0591 z lg M z Redoxielektródok: inert fémől (például pltin) és z zt körülvevő oldtól állnk, z oxidált és redukált form is z oldtn tlálhtó. ph-függő elektródok: hidrogén- vgy hidroxidionok is szerepelnek félcellegyenleten, ezeket is figyeleme kell venni megfelelő htványon z elektród potenciál számításkor Gáz elektródok: Nernst egyenlete gáz állpotú form prciális nyomását ehelyettesíteni, úgy, hogy elosztjuk normál légköri nyomássl (101325P) Glvánelemek: Elektromotoros erő: pozítiv, mindig pozitív elektródpotenciálól kivonni negtívt Folymt irány: mindig pozitív elektródpotenciálú elektródon játszódik le redukció 2

3 Tömeg%=m komp /m összes *10 0 Móltört: x=n komp /n összes 0 RT ln zf Red péld: (Benkő-jegyzet) Ismerjük stndrd elektródpotenciált z lái folymtok esetén: I 2 (q) + 2 e 2 I (q) ε 1 = +0,5355 V I 3 (q) + 2 e 3 I (q) ε 2 = +0,5363 V Mekkor z lái folymt egyensúlyi állndój? I 2 (q) + I (q) I 3 (q) 0 0,0591 lg z Red 3

4 0 RT ln zf Red péld: (Benkő-jegyzet) Számítsuk ki z lái koncentrációs elem elektromotoros erejét! P 0,0100 M P(NO 3 ) 2 0,500 M P(NO 3 ) 2 P A fenti glvánelem mindkét elektrolitját 100- szoros térfogtúr hígítv mekkor lesz z elektromotoros erő? 0 0,0591 lg z Red 4

5 0 RT ln zf Red 0 0,0591 lg z Red péld: Melyik eseten tpsztlunk fémkiválást z oldtól: ) h ezüstlemezt merítünk 1 mol/dm 3 koncentrációjú P(NO 3 ) 2 -oldt. ) h ólomlemezt merítünk 1 mol/dm 3 koncentrációjú AgNO 3 -oldt. ε (Ag + /Ag) = +0,800 V, ε (P 2+ /P) = 0,126 V. 5

6 0 RT ln zf Red péld: Stndrd elektródpotenciálok lpján ecsüljük meg, hogy 1,00 mol/dm 3 koncentrációjú sósvoldttl regál-e fém cink, illetve fém réz! ε (Zn 2+ /Zn) = 0,762 V, ε (Cu 2+ /Cu) = +0,342 V, ε (Cl 2 /2Cl ) = +1,358 V. 0 0,0591 lg z Red 6

7 Elektrolízis: n=k*q Q= I*t F=96485C 1 mól leválsztás: zf töltés kell X.30. péld: (Veszprémi jegyzet) Számítsuk ki következő glvánelem elektromotoros erejét, melyen Pt elektródok merülnek z nód és któdtére, z elektrolitot z lái leírás szerint készítettük: 1. oldt 0,5 g SnCl 2 -t, 3 g SnCl 4 -et, 2. oldt 0,05 g FeCl 2 -t és 2 g FeCl 3 -t oldottunk vízen úgy, hogy z oldtok össztérfogt külön-külön 1000 ml. Milyen kémii rekció fog cellán lejátszódni? 7

8 Tömeg%=m komp /m összes *100 Móltört: x=n komp /n összes Elektrolízis: n=k*q Q= I*t F=96485C 1 mól leválsztás: zf töltés kell X.67. péld: (Veszprémi jegyzet) Adjuk meg Ag telített Ag 2 CO 3 0,02 M AgNO 3 Ag glvánelem elektromotoros erejét. 0 =(Ag/Ag + )=0.800 L(Ag 2 CO 3 )= 6,5*10-12, 8

9 Fontos tudnivlók Elektrolízis Elektrolízis: elektromos árm (külső energi) segítségével egy kémii rekciót hjtunk Itt is, mint glván elemeknél: nód oxidáció, któd redukció Frdy I. törvénye: (F: Frdy állndó: 96485C/mol) Frdy I. törvénye: n=k*q, vgyis z átlkul nygmennyiség egyenesen rányos z áthldt töltéssel (Q) és Q= I*t (I=ármerősség) Frdy 2. törvénye: mólnyi nyg leválsztásához z F coulom-nyi töltés szükséges, hol z folymt elektronszám-változás. Q I * t nzf Figyelni htásfokr!! 9

10 Elektrolízis: n=k*q Q= I*t F=96485C 1 mól leválsztás: zf töltés kell péld: (Benkő-jegyzet) Nikkel(II)-nitrát-oldt elektrolízisével nikkelevontot készítünk. Mekkor töltés szükséges 2,000 grmm nikkel leválsztásához? Mennyi ideig kell elektrolizálni, h z ármerősség 0,750 A? (M(Ni)=59 g/mol) 10

11 Elektrolízis: n=k*q Q= I*t F=96485C 1 mól leválsztás: zf töltés kell Q I * t nzf péld: (Benkő-jegyzet) Egy szennyezett rézlemez 0,0500 grmmos drját kénsvn oldjuk, melynek során szennyezők nem oldódnk fel. Az oldt Cu 2+ trtlmát 0,100 A-es ármml 20,00 perc ltt tudjuk kiredukálni. Állpíts meg, hogy hány tömegszázlék volt lemez réztrtlm, hogyh z elektrolízis htásfok 91%! (M(Cu)=63.5 g/mol) 11

12 Elektrolízis: n=k*q Q= I*t F=96485C 1 mól leválsztás: zf töltés kell Q I * t nzf péld: (Benkő-jegyzet) Egy ezüst-nitrát ezüst-szulfát keverék 1,00 g-ját vízen oldv z oldtn levő teljes ezüstmennyiség 2,00 mperes ármml 5,00 perc ltt elektrolizálhtó ki. Számítsuk ki keverék összetételét tömegszázlékn! (Az elektrolízis htásfok 100%!) (M(Ag)=108, M(S)=32,M(O)=16, M(N)=14 g/mol) 12

13 Elektrolízis: n=k*q Q= I*t F=96485C 1 mól leválsztás: zf töltés kell péld: (Benkő-jegyzet) 50,0 grmm 10,0 tömegszázlékos H 2 SO 4 -oldtot 12,5 órán keresztül elektrolizálunk 4,00 A-es ármml. Hány tömegszázlékos lesz z oldt z elektrolízis végén? Mekkor térfogtú 310,0 K hőmérsékletű és 100,0 kp nyomású H 2 -, illetve O 2 -gáz fejlődik eközen? Q I * t nzf 13

14 Elektrolízis: n=k*q Q= I*t F=96485C 1 mól leválsztás: zf töltés kell péld: Egy 90,0 cm2 összfelületű tárgyt szeretnénk 0,500 mm vstg krómréteggel evonni. Mennyi ideig kell elektrolizálni CrCl 3 -oldtot, h z lklmzott ármerősség 0,500 A és z elektrolízis htásfok 87%? d(cr)=7,15 g/cm3. Q I * t nzf 14

15 Elektrolízis: n=k*q Q= I*t F=96485C 1 mól leválsztás: zf töltés kell Q I * t nzf péld: (Benkő jegyzet) Ismertek következő folymtok stndrd elektródpotenciálji: Sn2+ + 2e Sn ε = 0,138 V Sn4+ + 2e Sn2+ ε = +0,151 V ) Htározzuk meg következő szinproporciós folymt egyensúlyi állndóját 25 C-on! Sn (sz) + Sn4+ (q) 2 Sn2+ (q) 100,0 ml 0,500 mol/dm3 koncentrációjú SnCl4-oldt 25 C-on 10,00 grmm fém ónt helyezünk, és megvárjuk, hogy eálljon z egyensúly. (Eközen z oldt térfogtváltozás elhnygolhtó.) ) Állpítsuk meg z Sn2+- és Sn4+-ionok koncentrációit z oldtn! c) Mekkor mrdék szilárd ón tömege? 15

16 Redoxi Potenciálok Rendszer e 0 (V) Al/Al V/V Mn/Mn Zn/Zn B/H 3 BO Cr/Cr S 2- /S Fe/Fe Ti 2+ /Ti Co/Co V 2+ /V Ni/Ni Sn/Sn P/P Fe/Fe H 2 /2 H Sn/Sn Sn 2+ /Sn As/As Cu/Cu I - /I AsO 3-3 /AsO Fe 2+ /Fe Hg/Hg Ag/Ag Hg/Hg Br - /Br Cr 3+ /Cr 2 O Cl - /Cl Ce 3+ /Ce Cl - /ClO Mn 2+ /Mn Ce/Ce Co 2+ /Co

17 Rekcióegyenlet AgBr -> Ag + + Br - 7, CuBr -> Cu + + Br - 4, Ag 2 CO 3 -> 2 Ag + + CO 3 6, L BCO 3 -> B ++ + CO CCO 3 -> C ++ + CO 3 4, CdCO 3 -> Cd ++ + CO 3 2, Li 2 CO 3 -> 2Li + + CO 3 1, MgCO 3 -> Mg ++ + CO 3 1, NiCO 3 -> Ni ++ + CO 3 6, PCO 3 ->P ++ + CO 3 1, AgCl-> Ag + + Cl - 1, Hg 2 Cl 2 -> 2 Hg Cl - 2, PCl 2 ->P Cl - 1, Ag 2 CrO 4 -> 2 Ag + + CrO 4 9,