6.4 Otázky na precvičenie. Test 1

Transcript

1 6.4 Otázky na precvičenie Test 1 Pre každú otázku vyznačte všetky správne odpovede; kde je na zistenie správnej odpovede potrebný výpočet, uveďte ho. 1. V galvanickom článku redukcia prebieha na elektróde: a) katóda b) anóda, ktorá je c) kladná d) záporná 2. Elektromotorické napätie galvanického článku je vždy a) priamo úmerné b) nepriamo úmerné zmene c) reakčnej Gibbsovej energie d) štandardnej reakčnej Gibbsovej energie reakcie prebiehajúcej v článku 3. V galvanickom článku, ktorý sa dá znázorniť schémou Cd CdSO 4 (aq) CuSO 4 (aq) Cu, prebieha chemická reakcia a) Cd + CuSO 4 (aq) = CdSO 4 (aq) + Cu c) Cd + Cu 2+ =Cd 2+ + Cu b) Cu + CdSO 4 (aq) = CuSO 4 (aq) + Cd d) Cd 2+ + Cu = Cd + Cu Ak v galvanickom článku Zn ZnSO 4 (aq) CuSO 4 (aq) Cu zdvojnásobíme aktivity (koncentrácie) síranu zinočnatého i meďnatého, elektromotorické napätie článku a) vzrastie dvakrát d) vzrastie o hodnotu (RT/2F) ln 2 b) klesne dvakrát e) klesne o hodnotu (RT/2F) ln 2 c) nezmení sa f ) žiadne z uvedených tvrdení nie je správne 5. Ak pri 25 C v galvanickom článku Pt H 2 (g, p=101,32 kpa) HCl(aq) AgCl(s), Ag(s) zvýšime strednú aktivitu (koncentráciu) kyseliny chlorovodíkovej desaťnásobne, jeho elektromotorické napätie a) vzrastie desaťkrát e) vzrastie o 118,2 mv b) klesne desaťkrát f ) klesne o 118,2 mv c) vzrastie o 59,1 mv g) nezmení sa d) klesne o 59,1 mv h) uvedené údaje nepostačujú na výpočet

2 6. Ak označíme štandardný redukčný potenciál na ľavej strane galvanického článku ako E L a na pravej strane ako E P, potom štandardné elektromotorické napätie článku E je dané výrazom a) E = E P + E L c) E = E L E P b) E = E P E L d) E = (E P + E L ) / 2 7. Potenciál elektródy a) je veličina, ktorej absolútnu hodnotu sa nedá experimentálne určiť. b) sa dá experimentálne stanoviť len relatívne vzhľadom na zvolenú potenciálovú nulu. c) sa rovná elektromotorickému napätiu článku, ktorého pravou elektródou je uvažovaná elektróda a ľavou je štandardná vodíková elektróda. d) je kladný, ak je táto elektróda kladná voči štandardnej vodíkovej elektróde. 8. Štandardné elektromotorické napätie galvanického článku je rovné a) elektromotorickému napätiu článku, v ktorom sú aktivity všetkých súčastí rovné jednej b) výrazu r G / (zf) c) elektromotorickému napätiu článku, v ktorom aktivity všetkých súčastí majú hodnotu zodpovedajúcu rovnováhe chemickej reakcie, ktorá prebieha v článku d) výrazu RT/(zF) ln K, kde K je rovnovážna konštanta reakcie, ktorá prebieha v článku e) rozdielu štandardných potenciálov elektród, z ktorých sa článok skladá 9. Ak sú aktivity všetkých súčastí, ktoré tvoria galvanický článok jednotkové, elektromotorické napätie takéhoto článku je rovné a) jednej b) nule c) štandardnému elektromotorickému napätiu článku d) výrazu RT/(zF) ln K, kde K je rovnovážna konštanta reakcie, ktorá prebieha v článku 10. Ak ponoríme platinový drôtik do roztoku obsahujúceho chlorid železnatý a chlorid železitý v molárnom pomere 10 : 1 a zoxidujeme tento roztok tak, že sa uvedený pomer oboch solí zmení na 1 : 10, potom pôvodný potenciál platinového drôtika pri 25 C a) vzrastie o 0,059 V d) klesne o 0,118 V b) vzrastie o 0,118 V e) nezmení sa c) klesne o 0,059 V

3 Test 2 1. Ak Ti prestala svietiť baterka, pretože sa v nej vybila batéria, znamená to, že a) chemická reakcia, ktorá prebiehala v batérii, dobehla do rovnováhy b) batéria obsahuje už len reakčné produkty reakcie, ktorá v nej prebiehala c) štandardné elektromotorické napätie batérie je nulové d) elektromotorické napätie batérie dosiahlo nulu 2. Ak máme batériu, ktorá sa dá dobíjať (napr. batéria v mobilnom telefóne), môžeme ju používať oveľa dlhšie. Pripojíme ju k vonkajšiemu zdroju napätia (napr. cez adaptér do zásuvky 220 V siete) a tým dosiahneme, že a) batéria prijíma zo siete elektróny a tak sa nabíja na pôvodné napätie b) v batérii prebieha redoxná reakcia v opačnom smere ako pri jej vybíjaní c) v batérii prebieha dej, ktorý nazývame elektrolýza 3. V batérii prebieha redoxná chemická reakcia. Ak je táto reakcia exotermická, batéria poskytuje vyššie napätie pri teplote a) vyššej b) nižšej c) napätie nezávisí od teploty 4. Pri výpočte štandardného elektromotorického napätia galvanického článku nám vyšla záporná hodnota. Znamená to, že: a) chemická reakcia v článku má rovnováhu posunutú na stranu reaktantov ( ) b) rovnovážna konštanta chemickej reakcie, prebiehajúcej v tomto článku je záporná c) rovnovážna konštanta chemickej reakcie, prebiehajúcej v tomto článku je menšia ako jedna d) chemická reakcia prebiehajúca v danom článku je exotermická 5. Katóda je elektródou, a) na ktorej vždy prebieha oxidácia b) ktorá je v galvanickom článku elektródou kladnou c) na ktorej vždy prebieha redukcia d) ktorá je pri elektrolýze elektródou zápornou

4 6. Označte správne tvrdenia: a) Elektródový potenciál E i je rovný elektromotorickému napätiu článku, v schéme ktorého je na pravej strane daná elektróda a na ľavej strane je štandardná vodíková elektróda. b) Ak je potenciál E i kladný, v článku podľa a) prebieha na danej elektróde redukcia. c) Časťou rovnice redoxnej reakcie, prebiehajúcej v článku podľa a) je oxidácia vodíka na H Pri výpočte štandardného elektromotorického napätia galvanického článku nám vyšla záporná hodnota. Znamená to, že a) článok je pokazený b) v schéme článku je kladná elektróda napísaná na ľavej strane c) rovnovážna konštanta chemickej reakcie, prebiehajúcej v tomto článku je väčšia ako jedna d) na pravej elektróde v schéme článku prebieha v skutočnosti oxidácia 8. Anóda je elektródou, a) na ktorej vždy prebieha oxidácia b) ktorá je v galvanickom článku elektródou kladnou c) na ktorej vždy prebieha redukcia d) ktorá je pri elektrolýze elektródou kladnou Test 3 1. Aký je fyzikálny význam Faradayovej konštanty (čoho je hodnotou, v akých jednotkách sa uvádza)? 2. Aká reakcia prebieha pri elektrolýze na katóde: oxidácia alebo redukcia? 3. Vypočítajte dobu potrebnú na vylúčenie všetkého striebra zo 100 cm 3 0,2 molárneho roztoku dusičnanu strieborného prúdom 0,2 A, ak účinnosť elektrolýzy je 90 %.

5 4. V starších učebniciach sa vyskytuje pojem "elektrochemický ekvivalent". Je to hmotnosť látky, ktorá sa premení prechodom elektrického náboja 1 C. Vypočítajte elektrochemický ekvivalent striebra (M Ag = 107,87 g mol 1 ). 5. Študent navrhol pokus na stanovenie veľkosti náboja elektrónu. Vodný roztok bol elektrolyzovaný 6,244 hod prúdom 0,04292 A. Vytvorilo sa 1,269 g I 2. Aká bola experimentálne stanovená hodnota e? (M(I 2 ) = 253,81 g mol -1 ) 6. Z hodnôt náboja elektrónu a Faradayovej konštanty je možné vypočítať: a) náboj iónov b) rýchlosť svetla c) Avogadrovu konštantu d) Planckovu konštantu e) Žiadna z uvedených alternatív nie je správna 7. Pri elektrolýze vody prúdom 1 A prejde elektrolytom náboj zodpovedajúci 1 F (Faradayova konštanta) približne za a) 1 s b) s c) 1 hod. d) 26,8 hod. e) hod. 8. Ak pri elektrolýze vody prejde elektrolyzérom náboj 1 F (t. j C), vyvinie sa približne a) 11,2 dm 3 b) 16,8 dm 3 c) 22,4 dm 3 d) 33,6 dm 3 e) 44,8 dm 3 traskavého plynu (zmes vodíka a kyslíka 2:1) za normálnych podmienok (t = 0 C resp. T = 273,15 K, p = Pa).

6 Riešenie testu 1 1. a), c) 2. a), c) pretože platí r G = z F E t. j. aj E = r G/( z F) 3. a, c 4. Ak v galvanickom článku Zn (s) ZnSO 4 (aq) CuSO 4 (aq) Cu (s) pri 25 C zdvojnásobíme aktivity síranu zinočnatého aj meďnatého, potom jeho elektromotorické napätie c) nezmení sa E = E + (RT/2F) ln a(cu 2+ ) (RT/2F) ln a(zn 2+ ) E = E + (RT/2F) ln 2a(Cu 2+ ) (RT/2F) ln 2a(Zn 2+ ) = = E + (RT/2F) ln a(cu 2+ ) (RT/2F) ln a(zn 2+ ) + (RT/2F) ln 2 (RT/2F) ln 2 = E 5. Elektromotorické napätie článku Pt H 2 (g, p=101,32 kpa) HCl(aq) AgCl(s), Ag(s) má hodnotu: E = E (AgCl/Cl - ) (RT/F) ln a 2 H + Cl = E (AgCl/Cl - ) (2RT/F) ln a HCl. Ak sa aktivita (koncentrácia) HCl zvýši desaťnásobne, napätie f) poklesne o 0,1182 V: E' = E (AgCl/Cl - ) (2R/F) ln (10 a HCl ) = = E (AgCl/Cl - ) (2R/F) ln a HCl (2R/F) ln 10 = E 0,1182 V 6. b 7. a, b, c, d 8. Štandardné elektromotorické napätie galvanického článku je rovné a) elektromotorickému napätiu článku, v ktorom sú aktivity všetkých súčastí rovné 1 b) výrazu r G / (zf) d) výrazu RT/(zF) ln K e) rozdielu štandardných potenciálov elektród, z ktorých sa článok skladá 9. Ak sú aktivity všetkých súčastí, ktoré tvoria galvanický článok jednotkové, elektromotorické napätie takéhoto článku je rovné c) štandardnému elektromotorickému napätiu článku d) výrazu RT/(zF) ln K 10. Potenciál redoxnej železito-železnatej elektródy po zmene pomeru c(fe 2+ )/c(fe 3+ ) z 10 na 0,1 pri 25 C b) vzrastie o 0,118 V odvodenie: E(Fe 3+ /Fe 2+ ) = E (Fe 3+ /Fe 2+ ) + (RT/F) ln [c(fe 3+ ) /c(fe 2+ )]

7 E 1 (Fe 3+ /Fe 2+ ) = E (Fe 3+ /Fe 2+ ) + (RT/F) ln 0,1 E 2 (Fe 3+ /Fe 2+ ) = E (Fe 3+ /Fe 2+ ) + (RT/F) ln 10 = = E (Fe 3+ /Fe 2+ ) + (RT/F) ln 10 + (RT/F) ln 0,1 (RT/F) ln 0,1 = = E (Fe 3+ /Fe 2+ ) + (RT/F) ln 0,1 + (RT/F) ln (10 / 0,1) = = E 1 (Fe 3+ /Fe 2+ ) + (RT/F) ln 100 = E 1 (Fe 3+ /Fe 2+ ) + 0,1183 V Riešenie testu 2 1. Ak Ti prestala svietiť baterka, pretože sa v nej vybila batéria, znamená to, že a) chemická reakcia, ktorá prebiehala v batérii, dobehla do rovnováhy d) elektromotorické napätie batérie dosiahlo nulu 2. Ak máme batériu, ktorá sa dá dobíjať, pripojíme ju k vonkajšiemu zdroju napätia a tým dosiahneme, že b) v batérii prebieha redoxná reakcia v opačnom smere ako pri jej vybíjaní c) v batérii prebieha dej, ktorý nazývame elektrolýza 3. V batérii prebieha redoxná chemická reakcia. Ak je táto reakcia exotermická, batéria poskytuje vyššie napätie pri teplote b) nižšej pretože pre r H < 0 pre T 2 < T 1 je K 2 > K 1 a teda E 2 > E 1 4. Pri výpočte štandardného elektromotorického napätia galvanického článku nám vyšla záporná hodnota. Znamená to, že a) chemická reakcia v článku má rovnováhu posunutú na stranu reaktantov ( ) c) rovnovážna konštanta reakcie, prebiehajúcej v tomto článku je menšia ako jedna 5. Katóda je elektródou, b) ktorá je v galvanickom článku elektródou kladnou c) na ktorej vždy prebieha redukcia d) ktorá je pri elektrolýze elektródou zápornou 6. Správne sú všetky tri tvrdenia: a) Elektródový potenciál E i je rovný elektromotorickému napätiu článku, v schéme ktorého je na pravej strane daná elektróda a na ľavej strane je štandardná vodíková elektróda. b) Ak je potenciál E i kladný, v článku podľa a) prebieha na danej elektróde redukcia. c) Časťou rovnice redoxnej reakcie, prebiehajúcej v článku podľa a) je oxidácia vodíka na H Pri výpočte štandardného elektromotorického napätia galvanického článku nám vyšla záporná hodnota. Znamená to, že

8 b) v schéme článku je kladná elektróda napísaná na ľavej strane d) na pravej elektróde v schéme článku prebieha v skutočnosti oxidácia 8. Anóda je elektródou, a) na ktorej vždy prebieha oxidácia d) ktorá je pri elektrolýze elektródou kladnou Riešenie testu 3 1. Faradayova konštanta predstavuje náboj, potrebný na vylúčenie 1 mólu látky z roztoku jej jednomocných iónov; je to teda náboj jedného mólu elektrónov F = ,309 C mol 1 2. Na katóde prebieha vždy redukcia 3. Q = I t = n z F n = c V = 0,2. 0,1 = 0,02 mol Q = n z F = 0, ,3 = 1929,7 C t skut = t teor / η = (Q/I)/ η = 1929,7 /(0,2.0,9) = 10720,6 s = 178,677 min = 2,9779 hod 4. Elektrochemický ekvivalent striebra vypočítame zo vzťahu Q = (m / M) z F m = Q M /(z F) = 1.107,87/( ,3) = 1, g = 1,118 mg Ag 5. Z Faradayovho zákona Q = I t = n z F = (m / M) z N A e dostaneme e = I t M / (z m N A ) = 0, , ,81/(2.1,269. 6, ) = 1, C 6. c 7. b, d 8. b Pri elektrolýze vody na elektródach prebiehajú reakcie: na katóde redukcia 4 H e - = 2 H 2 na anóde oxidácia 4 OH 4 e - = 2 H 2 O + O 2 (čo spolu dáva rovnicu 2 H 2 O = 2 H 2 + O 2 ) Pri prechode 4 elektrónov sa teda vylúčia tri molekuly plynnej zmesi. Pri prechode náboja Q = 1 F = ,3 C mol 1 sa vylúči n = 3Q/zF= 3F/ 4F = 0,75 mol traskavého plynu. Za uvedených podmienok bude jeho objem V = nrt/p = 0,75.8, ,15/ = 16, m 3 = 16,8 dm 3 (= 0,75.22,4 dm 3 )