Elektrokemi. KEMA02 VT2012, Kemiska Institutionen LU /KEBergquist F9

Relevanta dokument
Nya begrepp i elektrokemi

Galvaniska element. Niklas Dahrén

Kapitel 18. Elektrokemi. oxidation-reduktion (redox): innebär överföring av elektroner från ett reduktionsmedel till ett oxidationsmedel.

Galvaniska element. Niklas Dahrén

Spänningsserien och galvaniska element. Niklas Dahrén

Kapitel 18. Elektrokemi

KEMA02 Oorganisk kemi grundkurs F10

KEMA02 Oorganisk kemi grundkurs F10

aa + bb cc + dd gäller Q = a c d

KEMA02 Oorganisk kemi grundkurs F9

Kap 8 Redox-reaktioner. Reduktion/Oxidation (elektrokemi)

Repetition. UTFÄLLNINGAR ; TYPER - Hydroxider - Sulfider - Karbonater

Dagens Meny. Oxidation/Reduktion Elektrolys Galvanisk cell Termodynamik Batterier Korrosion/biomimetik Energimöjligheter

Kemiska beteckningar på de vanligaste atomslagen - känna till jonladdning på de vanligaste olika kemiska jonerna

Fö 13 - TSFS11 Energitekniska system Batterier

Energiuppgifter. 2. Har reaktanterna (de reagerande ämnena) eller reaktionsprodukterna störst entalpi vid en exoterm reaktion? O (s) H 2.

Konc. i början 0.1M 0 0. Ändring -x +x +x. Konc. i jämvikt 0,10-x +x +x

Fortbildning i elektrokemi för lärare i grundskolan och gymnasiet. KRC, SU,

Fortbildning i elektrokemi för lärare i grundskolan och gymnasiet. KRC, SU,

Lösning till dugga för Grundläggande kemi Duggauppgifter enligt lottning; nr X, Y och Z.

Löslighetsjämvikter svårlösliga salter

KEM A02 HT2012 Allmän- och oorganisk kemi REPETITION

Kapitel Repetition inför delförhör 2

Tentamen för KEMA02 lördag 14 april 2012, 08-13

Kapitel Kapitel 12. Repetition inför delförhör 2. Kemisk kinetik. 2BrNO 2NO + Br 2

KEMA02 Oorganisk kemi grundkurs F11

Skriv reaktionsformler som beskriver vad som bör hända för följande blandningar: lösning blandas med 50 ml 0,05 H 3 PO 4 lösning.

Korrosion laboration 1KB201 Grundläggande Materialkemi

Elektrokemi för lärare i grundskolan och gymnasiet

Oxidation, reduktion och redoxreaktioner. Niklas Dahrén

Föreläsning om metallers korrosion Prof. Christofer Leygraf, Materialvetenskap, KTH

1. a) Förklara, genom användning av något lämpligt kemiskt argument, varför H 2 SeO 4 är en starkare syra än H 2 SeO 3.

Repetition av hur en atom blir en jon.

Materialfysik vt Kinetik 5.3. Korrosion Allmänt om korrosion

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi. Spontanitet Entropi Fri energi Jämvikt

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

KEMA02 Oorganisk kemi grundkurs F?

1 Tror du reaktionen nedan är momentan eller ej? Motivera. 1p S 2 O H + S(s) + SO 2 (g) + H 2 O(l)

Rättningstiden är i normalfall tre veckor, annars är det detta datum som gäller: Efter överenskommelse med studenterna är rättningstiden fem veckor.

Grundläggande kemi I 10 hp

Elektrokemisk bestämning av löslighetsprodukt och ligandtal

Arbete TD9 Bränslecell

5.3.1 Allmänt om korrosion Materialfysik vt Kinetik 5.3. Korrosion. Oxidations- och reduktionsreaktioner

Elektrolysvatten. Miljövänlig teknologi för vattenrening,desinfektion och sterilisering

Hjälpmedel: räknare, formelsamling, periodiska system. Spänningsserien: K Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au. Kemi A

Den elektrokemiska spänningsserien. Niklas Dahrén

KURSPROGRAM Inledande kemi (5)

Prov i kemi kurs A. Atomens byggnad och periodiska systemet 2(7) Namn:... Hjälpmedel: räknedosa + tabellsamling

Hur fungerar en glaselektrod?

Den elektrokemiska spänningsserien. Niklas Dahrén

KURSPROGRAM Inledande kemi (5)

Uppgiften Materiel Brunn nummer Metall eller metallkombination

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 14-19

Mer om syra- basjämvikter

TENTAMEN I KEMI TFKE

Allmän kemi. Läromålen. Viktigt i kap 17. Kap 17 Termodynamik. Studenten skall efter att ha genomfört delkurs 1 kunna:

LIKSTRÖM. Spänningsaggregat & Strömaggregat Q=1 C I=1 A. t=1 s. I Q t. I dq dt. Ström

Svar till Tänk ut-frågor i faktaboken

ÖVNINGSUPPGIFTER KOKA01

Identifiera okända ämnen med enkla metoder. Niklas Dahrén

Kemisk Lagring - Storskaliga Batterier

Tentamen i KEMI del B för Basåret GU (NBAK10) kl Institutionen för kemi, Göteborgs universitet

För godkänt resultat krävs 20 p och för väl godkänt krävs 30 p. Max poäng är 40 p

REPETITIONSKURS I KEMI LÖSNINGAR TILL ÖVNINGSUPPGIFTER

Kapitel 4. Reaktioner i vattenlösningar

Beräkna koncentrationen. Niklas Dahrén

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Att skriva och balansera reaktionsformler. Niklas Dahrén

JÄMVIKT i LÖSNING A: Kap 12 Föreläsning 3(3)

JÄMVIKT i LÖSNING A: Kap 12 Föreläsning 2(2)

TENTAMEN I KEMI TFKE16 (4 p)

Tentamen i KEMI del A för basåret GU (NBAK10) kl Institutionen för kemi, Göteborgs universitet

Repetition F12. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Löslighetsjämvikter - beräkningsexempel

Membranegenskaper-hur modellera/förstå?

Bränslecell. Av: Petter Andersson Klass:EE1b Kaplanskolan, Skellefteå

Analysera gifter, droger och andra ämnen med enkla metoder. Niklas Dahrén

6. Metallerna och deras föreningar, redoxformler, redoxtitrering

Hjälpmedel: Kungakrona, bägare, vatten, dynamometer, linjal, våg, snören och skjutmått

Bedömning av korrosionstillstånd i armering med elektrokemiska mätmetoder. Johan Ahlström Johan.ahlstrom@swerea.se

** Bil med bränslecell

Tentamen i Allmän kemi 7,5 hp 5 november 2014 ( poäng)

Kapitel 4. Egenskaper. Reaktioner. Stökiometri. Reaktioner i vattenlösningar. Vattenlösningar. Ett polärt lösningsmedel löser polära molekyler och

Allmän Kemi 2 (NKEA04 m.fl.)

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

Svar: Halten koksalt är 16,7% uttryckt i massprocent

r 2 C Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

r 2 Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

Repetition F10. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 6

Skriv reaktionsformeln då magnesium löses upp i starkt utspädd salpetersyra och det bildas kvävgas.

Fotoelektriska effekten

Detektera blod med luminoltestet. Niklas Dahrén

Alla papper, även kladdpapper lämnas tillbaka.

Kapitel 16. Löslighet och komplex

Användning av kol och energikällor

Då du skall lösa kemiska problem av den typ som kommer nedan är det praktiskt att ha en lösningsmetod som man kan använda till alla problem.

KEMA02 Föreläsningsant. F1 February 17, 2011

Transkript:

Elektrokemi 1 anod (oxida0on) och katod (reduk0on) halvcellsreak0on cellreak0on cellpoten0al a8 teckna cellschema standard- vätgascellen och standardpoten0aler galvaniskt element vs. elektroly0sk cell Nernst ekva0on koncentra0onscellen

Elektronutbyte mellan Cu 2+ och Zn- metall 2 aq. Cu 2+ + Zn- metall ß 2 e - Cu 2+ oxiderar Zn Cu- metall + aq. Zn 2+ A&J Figure K.5 (F82)

Elektronutbyte mellan Ag + och Cu- metall 3 a) b) aq. AgNO3 Ag- metall e - Cu- metall aq. Cu 2+ blå lösning A&J Figure K.6 (F83)

Elektronutbyte mellan de två 4 elektroderna ANODEN och KATODEN Sluten krets i en öppen elektrokemisk cell Anoden är elektroden där oxida0on sker oxida0on Zn(s) <- > Zn 2+ + 2 e - Katoden är elektroden där reduk0on sker reduk0on Cu 2+ + 2 e - <- > Cu(s) e - All0d gäller a8 vid; Anod sker Oxida0on Katod sker Reduk0on A&J Figure13.2

Elektrokemisk cell av 5 Zn/ZnSO 4 och Cu/CuSO 4 Elektroder i separata kammare av poröst membran Laddningsutjämning i lösningen: SO 2-4 vandrar genom membranet [Zn 2+ ] och [SO 2-4 ] ökar vid anoden [Cu 2+ ] och [SO 2-4 ] minskar vid katoden Utan y8re ledare har vi en poten0alskillnad mellan elektroderna som svarar mot redoxjämviktens kemiska drivkra], ΔG, Gibb's fria energi.

Cellschema för elektrokemisk cell 6 Daniells element Zn/Zn 2+ och Cu/Cu 2+ En elektrokemisk cell separata halvceller för anod o katod saltbrygga för laddningsutjämning (tex. KCl) elektrisk ledare från elektroderna Cellschema (all0d anod vä katod hö) Zn(s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s) Anod (vänster) Katod (höger) Ver0kalt streck avdelar olika faser Dubbelt ver0kalt streck = saltbrygga

Cellpoten0al 7 Redoxjämviktens kemiska drivkra], ΔG (ΔG < 0 spontan reak0on) reducerande förmågan hos anoden oxiderande förmågan hos katoden Zn(s) - > Zn 2+ + 2e - Cu 2+ + 2e - - > Cu(s) ΔG är propor0onell mot cellens poten0al, E cell ΔG = - nfe cell (J/mol) n = antal elektroner Repe00on ellära: F är Faradays konstant (96485 C/mol)

Halvcellsreak0on och cellreak0on 8 Halvcellsreak0oner för Daniell elementet Zn(s) - > Zn 2+ + 2e - Cu 2+ + 2e - - > Cu(s) anodreak0on ox katodreak0on red Cellreak0on för Daniell elementet Zn(s) + Cu 2+ - > Zn 2+ + Cu(s) Cellpoten0alen vid standard0llstånd E 0 cell = + 1,10 V [Zn 2+ ] = 1M o [Cu 2+ ] = 1M Cu(s) + 2Ag + - > Cu 2+ + 2Ag(s) E 0 cell= +0,46V Zn(s) + 2Ag + - > Zn 2+ + 2Ag(s) E 0 cell= +1,56V 1,10 + 0,46 = 1,56 V

Standardhalvcell för uppmätning av standardpoten0al 9 För a8 kunna jämföra metallers oxiderande förmåga: Standardhalvcell för uppmätning av halvcellspoten0al H 2 (g) - > 2H + + 2 e - anod Standardpoten0al E 0 Metallens oxiderande förmåga mäts i en standardcell med (exempel Cu) H 2 (g) - > 2H + + 2e - anod 1bar, 1M Cu 2+ + 2e - - > Cu(s) katod 1M E 0 (Cu 2+ /Cu) = 0,34 V E 0 (Zn 2+ /Zn) = - 0,76 V E 0 (H + /H 2 ) = 0,00 V per defini0on

10 Sammanfa8ning standardcell Halvcellsreak0on för redox- paret (H + /H 2 ) H 2 (g) - > 2H + + 2e - anod Halvcellsreak0on för redox- paret (Cu 2+ /Cu) Cu 2+ + 2e - - > Cu(s) katod Cellreak0onen för uppmätning av standardpoten0al för (Cu 2+ /Cu) Cu 2+ + H 2 (g) - > Cu(s) + 2H + Cellschema Pt(s) H 2 (g) H +, aq., 1M Cu 2+, aq., 1M Cu(s) Anod Katod Standardpoten0alen E 0 (Cu 2+ /Cu) = E 0 cell E]ersom alla redox- par får sin standardpoten0al som cellpoten0alen mot standard- vätgaselektroden blir E 0 för (H + /H 2 ) = 0.

Elektrokemi A&J Table 13.1 11 Halvcellsreaktionernas standardpotential E 0

Standardpoten0aler för elektroposi0va och elektronega0va element 12 A&J Figure 13.9

Elektrokemi A&J Table 13.1 13 Halvcellsreaktionernas standardpotential E 0

Cellens poten0al Galvaniskt element E 0 celll > 0 ( spontan process) 14 Standardpoten1aler Zn 2+ + 2e - - > Zn(s) Cu 2+ + 2e - - > Cu(s) E 0 = - 0.76V E 0 = +0.34V Halvcellsreak1oner anod Zn(s) - > Zn 2+ + 2e - katod Cu 2+ + 2e - - > Cu(s) Cellreak1on Zn(s) + Cu 2+ - > Zn 2+ + Cu(s) Cellschema Zn(s) Zn 2+,aq, 1M Cu 2+,aq, 1M Cu(s) Anod (vänster) Katod (höger) Cellens poten1al E 0 celll = E0 katod - E0 anod = 0.34 + 0.76 = +1.10 V

E 0 < 0 ej spontan cellprocess 15 tex. vätgasdrivande metaller Cellreak0onen (för uppmätning av standardpoten0al för (Zn 2+ /Zn)) Zn 2+ + H 2 (g) - > Zn(s) + 2H + Cellschema Pt(s) H 2 (g) H +, aq., 1M Zn 2+, aq., 1M Zn(s) Anod Katod Standardpoten0alen E 0 för (Zn 2+ /Zn) = - 0.76 E katod - E anod = - 0,76 V E 0 cell < 0 - > cellreak0onen ej spontan Reak0onen går åt vänster och ger vätgasutveckling. Zink är vätgasdrivande!

E 0 < 0 ej spontan cellprocess Vätgasdrivande metall 16

Standardförfarande vi uppställning 17 av elektrokemisk cell Cellreak1on Zn(s) + Cu 2+ - > Zn 2+ + Cu(s) (tecknas som önskas) Cellschema Zn(s) Zn 2+,aq, 1M Cu 2+,aq, 1M Cu(s) (anod = oxida0on 0ll höger) Anod Katod (katod = reduk0on vänster) Cellens poten1al E celll = E katod - E anod = 0.34 + 0.76 = 1.10 V Om E celll > 0 V då är processen spontan och vi har e; galvaniskt element Om E celll < 0 V då krävs en pålagd spänning > E celll för a8 driva reak0onen framåt och vi har då en elektroly1sk cell

Nernst ekva0on 18 Gibbs' fria energi, ΔG - max expansionslöst arbete vid reak0on Ellära arbetet w som usöres av n mol laddning - e som passerar poten0alskillnaden E w = - n e N A E ΔG = - n F E cell där F = 9.6485 10 4 C M - 1 ΔG = ΔG 0 + RT ln Q - n F E cell = - n F E 0 cell + RT ln Q Nernst ekva0on E cell = E 0 cell (0.0257/n) ln Q a = P i (bar) för gaser och a=1 för rena fasta ämne o vätskor

Beräkna cellpoten0al eller reak0onskvot Q med Nernst ekva0on 19 Zn(s) + Cu 2+ - > Zn 2+ + Cu(s) Zn(s) Zn 2+,aq, 1M Cu 2+,aq, 1M Cu(s) E 0 celll= E 0 katod- E 0 anod = 0.34 + 0.76 = 1.10 V Nernst ekvason Beräkna [Zn 2+ ]/[Cu 2+ ] då E cell = 0,55 V E cell = E 0 cell (0.0257/n) ln Q n = 2 0.55 = 1.10 (0.0257/2) ln ([Zn 2+ ]/[Cu 2+ ]) [Zn 2+ ]/[Cu 2+ ] = 10 18.6

Beräkna standard- cellpoten0alen för oxida0on med sygas i va8en vid ph 4. 20 A&J Table 13.1

Beräkna standard- cellpoten0alen för oxida0on med syrgas i va8en vid ph 4 21 Katod O 2 (g) + 4H + (aq) + 4e - - > 2H 2 O E 0 = +1.23 V Anod H 2 (g) - > 2H + (aq) + 2e - E 0 = 0 V Cellreak0on O 2 (g) + 4H + kat + 2H 2 (g) - > 4H + anod + 2H 2 O %! "#$$ =! "#$$! &' ( $( )* +(,- + )* 0+1,-. / 4 "2 34 "2 *4 +. / E cell = 1.23 (0.0257/4) ln (1/10-16 ) = 1.23 0.0257. 4. 2,30 = 0.99 V

Beräkna jämviktskonstanten för 22 AgCl(s) <- > Ag + (aq) + Cl - (aq) A&J Exempel 13.8 ΔG = ΔG 0 + RT ln Q Q = K à ΔG = 0 ΔG 0 = - RT ln K %! "#$$ =! &' () $(* Ag + (aq) + e - - > Ag(s) E 0 +0.80 V (som anod) AgCl(s) + e - - > Ag(s) + Cl - (aq) E 0 +0.22 V (som katod) Cellreak0on AgCl(s) <- > Ag + + Cl - E 0 cell= 0.80-0.22 = - 0.0257 ln([ag + ][Cl - ]) = - 0.0257 ln K s ln K s = - 0.58/0.0257 = - 22,57 K s = e - 22,57 = 1.5 10-10

Koncentra0onscellen (E 0 all0d noll) 23 två lika celler med olika koncentra0on E cell = - RT/nF ln Q då E 0 = 0 Self test 13.12 A YF 3 (s) <- > Y 3+ + 3F - 1 mä8ad lösning (som anod) aq. Y(NO 3 ) 3 1 M lösning (som katod) Cellreak0on Y 3+ katod <- > Y 3+ anod Uppmä8 E cell = + 0,34 V E cell = - 0.0257/3 ln ([Y 3+ ] anod /1) = 0.34 V à [Y 3+ ] = 5.13 10-18 M Om 1M lösning anod erhålles 1/[Y 3+ ] YF3 = 0,195 10 18

Elektrokemi A&J Table 13.1 24 Halvcellsreaktionernas standardpotential E 0

Bestäm E 0 för (Ce 4+ /Ce) då E 0 (Ce 4+ /Ce 3+ ) och E 0 (Ce 3+ /Ce ) kända 25 Standardpoten0aler är givna per överförd laddning så ΔG = - nfe Beräkna standardpoten0alen för Ce 4+ (aq) + 4e - - > Ce(s) då I Ce 3+ (aq) + 3e - - > Ce(s) E 0 = - 2.48 V ΔG I = - 3F (- 2.48) II Ce 4+ (aq) + e - - > Ce 3+ (aq) E 0 = +1.61 V ΔG II = - F (+1.61) Summan av I och II ger oss Ce 4+ (aq) + 4e - - > Ce(s) E = - 5.83/4 = - 1,46 V ΔG = - n F E = ΔG I + ΔG II = - 5.83 F

Elektrokemi 26 App.2B Standardpotentialer