Σημειώσεις για το μάθημα Φυσική Χημεία ΙΙ Ηλεκτροχημικά στοιχεία Κεφ.7 ασκήσεις βιβλιογραφία Ευκλείδου Τ. Παναγιώτου Σ. Γιαννακουδάκης Π. B (1 atm) + πηγή Cl2 V C E D Cl- (1 m) Au 3+ Au (1 m) Τμήμα Χημείας ΑΠΘ
1. Ασκήσεις 1ου Κεφαλαίου 1. Να συµπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω ερωτήσεις. α. Η τάση που εµφανίζει ένα µέταλλο να δηµιουργεί. όταν έρχεται σε επαφή µε ή µε διάλυµα άλατός του ονοµάζεται ηλεκτροδιαλυτική τάση β. Στο ράβδο ψευδαργύρου, που βρίσκεται βυθισµένη µέσα σε καθαρό νερό, για κάθε άτοµο Zn που αποµακρύνεται από το µεταλλικό πλέγµα και περνά στην.. φάση µε τη µορφή, η ράβδος θα αποκτά περίσσεια.. e. 2. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές (Σ) ή λανθασµένες (Λ). Δίνεται η ηλεκτροχηµική σειρά των µετάλλων...mg, Al, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni,. α. Όσο πιο αριστερά βρίσκεται ένα στοιχείο στην ηλεκτροχηµική σειρά, τόσο µικρότερη ηλεκτροδιαλυτική τάση εµφανίζει. β. Όσο πιο δεξιά βρίσκεται ένα στοιχείο στην ηλεκτροχηµική σειρά, τόσο πιο ηλεκτροθετικό είναι το στοιχείο αυτό. γ. Το µαγνήσιο (Mg) εµφανίζει µεγαλύτερη ηλεκτροδιαλυτική τάση από τον σίδηρο (Fe). δ. Το νικέλιο (Ni) οξειδώνεται πιο εύκολα από το µαγνήσιο (Mg). ε. Την ηλεκτροδιαλυτική τάση την εµφανίζουν ορισµένα µόνο µέταλλα. 3. Όταν σε µία ράβδο µετάλλου που βρίσκεται βυθισµένη σε καθαρό νερό, προσθέσουµε άλας του µετάλλου, η ποσότητα της οξειδωµένης µορφής (Μ n+ ).. και η ισορροπία µετατοπίζεται προς τα Αυτό έχει ως αποτέλεσµα να η ποσότητα των ηλεκτρονίων που επικάθονται πάνω στο µεταλλικό πλέγµα. 93
4. Βυθίζουµε µια ράβδο Zn µέσα σε καθαρό νερό και αποκαθίσταται η παρακάτω ισορροπία: Αν προσθέσουµε µικρή ποσότητα ιόντων Zn2+, τι από τα παρακάτω θα ισχύει µετά την αποκατάσταση της νέας ισορροπίας σε σχέση µε την πρώτη ισορροπία; α. Θα αυξηθεί η ποσότητα των Zn 2+ (aq) αλλά και η ποσότητα των ηλεκτρονίων πάνω στη µεταλλική ράβδο. β. Θα µειωθεί η ποσότητα των Zn 2+ (aq) αλλά και η ποσότητα των ηλεκτρονίων πάνω στη µεταλλική ράβδο. γ. Θα αυξηθεί η ποσότητα των Zn 2+ (aq) αλλά θα µειωθεί η ποσότητα των ηλεκτρονίων πάνω στη µεταλλική ράβδο. δ. Θα µειωθεί η ποσότητα των Zn 2+ (aq) αλλά θα αυξηθεί η ποσότητα των η- λεκτρονίων πάνω στη µεταλλική ράβδο. 5. Σε δύο ποτήρια µε καθαρό νερό που είναι ανεξάρτητα µεταξύ τους, τοποθετούµε µια ράβδο αργιλίου (Al) και µια ράβδο ψευδαργύρου (Zn), και αφήνουµε να αποκατασταθεί η ισορροπία σε κάθε ποτήρι. Τι πρέπει να κάνουµε στο ποτήρι που περιέχει τα κατιόντα Al 3+ (aq), ώστε να εξισωθούν οι ποσότητες των ηλεκτρονίων που επικάθονται σε κάθε µεταλλικό πλέγµα; Να σηµειωθεί ότι σύµφωνα µε την ηλεκτροχηµική σειρά, το Al εµφανίζει µεγαλύτερη ηλεκτροδιαλυτική τάση από τον Zn. 6. Σε δύο ποτήρια µε καθαρό νερό που είναι ανεξάρτητα µεταξύ τους, τοποθετούµε µια ράβδο µαγνησίου (Mg) και µια ράβδο σιδήρου (Fe), και αφήνουµε να αποκατασταθεί η ισορροπία σε κάθε ποτήρι. Στο πρώτο ποτήρι προσθέτουµε διάλυµα MgSO 4 συγκέντρωσης x M και στο δεύτερο διάλυµα FeSO 4 συγκέντρωσης y M (x < y). Σε ποιο από τα δύο µεταλλικά πλέγµατα θα υπάρχουν περισσότερα ηλεκτρόνια; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Να 94
σηµειωθεί ότι σύµφωνα µε την ηλεκτροχηµική σειρά, το Mg εµφανίζει µεγαλύτερη ηλεκτροδιαλυτική τάση από τον Fe. 95
2. Ασκήσεις 2ου Κεφαλαίου 1. Να συµπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Στο συµβολισµό ενός ηµιστοιχείου, η κάθετη γραµµή ( ) συµβολίζει τα όρια των δύο.. β. Σε κάθε ηµιστοιχείο υπάρχει πάντα ένα ζεύγος. γ. Η εµφάνιση αρνητικού φορτίου στο ηλεκτρόδιο έχει σαν αποτέλεσµα την απόκτηση.. δυναµικού από αυτό. δ. Σ ένα ηµιστοιχείο, το µέταλλο λόγω της περίσσειας των.. φορτίζεται.. και αποκτά.. δυναµικό (V Μ ) ενώ το διάλυµα λόγω της περίσσειας των.. φορτίων αποκτά.. δυναµικό (Vsol). ε. Το δυναµικό ενός ηµιστοιχείου εξαρτάται από τη του µετάλλου, τη.. και τη... στ. Όταν σ ένα µεταλλοκατιονικό ηµιστοιχείο προσθέσουµε άλας του µετάλλου, αυξάνεται η ποσότητα της.. µορφής και αυτό έχει ως αποτέλεσµα να.. αλγεβρικά το δυναµικό του. 2. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές (Σ) ή λανθασµένες (Λ). α. Το ηµιστοιχείο συµβολίζεται γράφοντας αριστερά τα ιόντα του στοιχείου. β. Σ ένα ηµιστοιχείο αποκαθίσταται πάντα ισορροπία της µορφής: Μ(s) ΜX+(aq)+xe- γ. Στο ηµιστοιχείο του χαλκού (Cu) η ράβδος φορτίζεται θετικά και αποκτά θετικό δυναµικό. 3. Ποιος από τους παρακάτω τρόπους είναι ο σωστός για το συµβολισµό του ηµιστοιχείου του κασσιτέρου; α. Sn(aq) Sn 2+ (aq) 96
β. Sn 2+ (aq) Sn(aq) γ. Sn(s) Sn 2+ (aq) δ. Sn 2+ (aq) Sn(s) 4. Ποια από τις παρακάτω οξειδοαναγωγικές ηµιαντιδράσεις πραγµατοποιείται πρώτα (πριν την αποκατάσταση της ισορροπίας) στο ηλεκτρόδιο ή ηµιστοιχείο του αργιλίου; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α. Al 3+ (aq) + 3 e - Al(s) β. Al(s) Al 3+ (aq) + 3 e - 5. Όσο πιο µικρό αλγεβρικά είναι το δυναµικό ενός µετάλλου: α. τόσο µεγαλύτερη είναι η ηλεκτροδιαλυτική του τάση (δηλαδή τοσο πιο δεξιά βρίσκεται στην ηλεκτροχηµική σειρά) β. τόσο µεγαλύτερη είναι η ηλεκτροδιαλυτική του τάση (δηλαδή τοσο πιο αριστερά βρίσκεται στην ηλεκτροχηµική σειρά) γ. τόσο µικρότερη είναι η ηλεκτροδιαλυτική του τάση (δηλαδή τοσο πιο αριστερά βρίσκεται στην ηλεκτροχηµική σειρά) δ. τόσο µικρότερη είναι η ηλεκτροδιαλυτική του τάση (δηλαδή τόσο πιο δεξιά βρίσκεται στην ηλεκτροχηµική σειρά) 6. Όσο πιο µεγάλο αλγεβρικά είναι το δυναµικό οξειδοαναγωγής ενός µετάλλου: α. τόσο µεγαλύτερη είναι η ηλεκτροδιαλυτική του τάση (δηλαδή τόσο πιο αριστερά βρίσκεται στην ηλεκτροχηµική σειρά) β. τόσο µεγαλύτερη είναι η ηλεκτροδιαλυτική του τάση (δηλαδή τόσο πιο δεξιά βρίσκεται στην ηλεκτροχηµική σειρά) γ. τόσο µικρότερη είναι η ηλεκτροδιαλυτική του τάση (δηλαδή τόσο πιο αριστερά βρίσκεται στην ηλεκτροχηµική σειρά) 97
δ. τόσο µικρότερη είναι η ηλεκτροδιαλυτική του τάση (δηλαδή τόσο πιο δεξιά βρίσκεται στην ηλεκτροχηµική σειρά) 7. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές (Σ) ή λανθασµένες (Λ). Δίνεται η ηλεκτροχηµική σειρά των µετάλλων... Ca, Mg, Al, Cr, Zn, H2, Cu.. α. Όσο πιο αρνητικό είναι το δυναµικό, τόσο πιο µικρή είναι η ηλεκτροδιαλυτική τάση του στοιχείου. β. Το ηλεκτρόδιο του Αl εµφανίζει µικρότερο δυναµικό(πιο αρνητικό δυναµικό) από το ηλεκτρόδιο του Zn, γιατί το Αl είναι πιο ηλεκτροθετικό µέταλλο. γ. Το δυναµικό του ηλεκτροδίου του Cu είναι θετικό, γιατί ο Cu βρίσκεται προς τα δεξιά της ηλεκτροχηµικής σειράς. δ. Ένα ηλεκτρόδιο υδρογόνου έχει πιο αρνητικό δυναµικό από το ηλεκτρόδιο του χαλκού. ε. Το ηλεκτρόδιο χαλκού έχει δυναµικό VCu = -9 V και το ηλεκτρόδιο Zn έχει δυναµικό VZn= -3 V. 8. Όταν σ ένα ηλεκτρόδιο µετάλλου Μ(s) Μ Χ+ (aq) προσθέσουµε άλας του µετάλλου,.. η ποσότητα της οξειδωµένης µορφής (Μ Χ+ ) και η ισορροπία µετατοπίζεται προς τα Αυτό έχει ως αποτέλεσµα να αλγεβρικά το δυναµικό του. 9. Στο ηλεκτρόδιο του ψευδαργύρου Zn(s) Zn 2+( aq), πως πρέπει να µεταβάλλουµε τη συγκέντρωση του άλατος, ώστε να αυξηθεί αλγεβρικά το δυναµικό του; 10. Από την ηλεκτροχηµική σειρά των µετάλλων γνωρίζουµε ότι το Al είναι πιο ηλεκτροθετικό από τον Zn. Πως πρέπει να µεταβάλλουµε τη συγκέντρωση 98
του άλατος σ ένα ηλεκτρόδιο Al(s) Al 3+ (aq), ώστε να εξισωθεί το δυναµικό του µε το δυναµικό ενός ηλεκτροδίου Zn(s) Zn 2+ (aq); Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. 11. Δίνεται η ηµιαντίδραση του Zn Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2e - και το κανονικό δυναµικό οξειδοαναγωγής(e o =-0,76V).Αν τριπλασιάσουµε τους συντελεστές της ηµιαντίδρασης τότε το κανονικό δυναµικό: α. τριπλασιάζεται β. υποτριπλασιάζεται γ. δε µεταβάλλεται. δ. τριπλασιάζεται και αλλάζει πρόσηµο 99
3. Ασκήσεις 3ου Κεφαλαίου 1. Σε ποιες από τις παρακάτω συνθήκες το δυναµικό ενός ηµιστοιχείου ορίζεται ως πρότυπο δυναµικό οξειδοαναγωγής; α. θ = 0 o C, C = 10 Μ. β. θ = 20 o C, C = 1Μ. γ. θ = 25 o C, C = 1Μ. δ. θ = 25 o C, η συγκέντρωση δεν παίζει ρόλο. 2. Σ ένα ηµιστοιχείο το Ε 0 : α. αν έχει θετική τιµή αντιστοιχεί στο κανονικό δυναµικό αναγωγής ενώ αν η τιµή του είναι αρνητική αντιστοιχεί στο κανονικό δυναµικό οξείδωσης. β. αντιστοιχεί στο κανονικό δυναµικό οξείδωσης. γ. αντιστοιχεί στο κανονικό δυναµικό αναγωγής. δ. αντιστοιχεί στο κανονικό δυναµικό οξειδοαναγωγής. 3. Χρησιµοποιώντας τον πίνακα των κανονικών δυναµικών οξειδοαναγωγής, να επιλέξετε σε κάθε ζευγάρι ποια ουσία είναι ισχυρότερο αναγωγικό: α. Fe(s) ή Mg(s) β. Ca(s) ή Al(s) γ.η 2 (g, όξινο διάλυµα) ή H 2 S(g) δ. Η 2 SO 3 (aq) ή H 2 C 2 O 4 (aq) 4. Χρησιµοποιώντας τον πίνακα των κανονικών δυναµικών οξειδοαναγωγής, να επιλέξετε σε κάθε ζευγάρι ποια ουσία είναι ισχυρότερο οξειδωτικό: α. Cl 2 (g) ή Br 2 (l) β. Zn 2+ (aq) ή Cd 2+ (aq) 100
γ. BrO 3 - (aq) ή IO 3 - (aq) δ. Η 2 O 2 (aq) ή O 3 (g) 5.Δίνονται τα πρότυπα δυναµικά: Zn 2+ + 2e - Ag + + 1e - Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση: Zn E o = -0,76V Ag E o = +0,80V α. είναι και τα δύο ισχυρά οξειδωτικά σώµατα. β. είναι και τα δύο ισχυρά αναγωγικά σώµατα. γ. Ο Zn µπορεί να προκαλέσει την αναγωγή των ιόντων Ag+. δ. Ο Ag µπορεί να προκαλέσει την αναγωγή των ιόντων Zn2+. 6. Δίνονται οι ηµιαντιδράσεις και το κανονικό δυναµικό οξειδοαναγωγής για καθεµία από αυτές: Ηµιαντίδραση Ε0 (V) Cl 2 + 2 e - 2Cl - +1,36 I 2 + 2 e - 2I - + 0,535 Pb 2+ + 2 e - Pb - 0,125 V 2+ + 2 e - V - 1,13V 101
Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις: α. Ποιο είναι το ισχυρότερο οξειδωτικό; β. Ποιο είναι το ασθενέστερο οξειδωτικό; γ. Ποιο είναι το ισχυρότερο αναγωγικό; δ. Ποιο είναι το ασθενέστερο αναγωγικό; ε. Μπορεί να προκαλέσει ο Pb την αναγωγή του V 2+ σε V; στ. Μπορεί το I 2 να προκαλέσει την οξείδωση των ιόντων Cl - σε Cl 2 ; 102
4. Ασκήσεις 4ου Κεφαλαίου 1. Στο ηµιστοιχείο Μ(s) Μ n+ (aq), αν µειώσουµε τη συγκέντρωση του κατιόντος Μ n+ από 1 Μ σε 10 -α Μ, τότε το δυναµικό του ηµιστοιχείου σε σχέση µε το κανονικό δυναµικό οξειδοαναγωγής: α. θα αυξηθεί κατά την ποσότητα 0,059/n β. θα αυξηθεί κατά την ποσότητα (0,059/n).α γ. θα µειωθεί κατά την ποσότητα 0,059/n δ. θα µειωθεί κατά την ποσότητα (0,059/n).α Όπου n είναι ο αριθµός των ηλεκτρονίων που µεταφέρονται από την αναγµένη (Μ(s)) στην οξειδωµένη µορφή (Μ n+ (aq)) 2.Το κανονικό δυναµικό οξειδοαναγωγής του ηµιστοιχείου Fe(s) Fe 2+ (aq) είναι -0,45V. Αν σ ένα υδατικό διάλυµα αυξηθεί η συγκέντρωση των κατιόντων Fe 2+ και γίνει µεγαλύτερη από 1Μ, τοτε η τιµή του δυναµικού οξειδοαναγωγής θα: α. αυξηθεί β. µειωθεί γ. µείνει αµετάβλητη δ. θα µεταβληθεί αλλά δεν µπορούµε να προβλέψουµε αν θα αυξηθεί ή θα µειωθεί 3. Στο ηµιστοιχείο του Al(s) Al 3+ (aq) και το ηµιστοιχείο του Zn(s) Zn 2+ (aq), προκαλούµε την ίδια µεταβολή, δηλαδή αυξάνουµε τη συγκέντρωση του Al 3+ και του Zn 2+ από 1 Μ σε 10 Μ. Τι από τα παρακάτω θα συµβεί; α. το δυναµικό του ηµιστοιχείου του Zn θα αυξηθεί κατά την ποσότητα 0,059/2, ενώ το δυναµικό του ηµιστοιχείου του Al θα αυξηθεί κατά την ποσότητα 0,059/3 103
β. το δυναµικό του ηµιστοιχείου του Zn θα µειωθεί κατά την ποσότητα 0,059/2, ενώ το δυναµικό του ηµιστοιχείου του Al θα µειωθεί κατά την ποσότητα 0,059/3 γ. το δυναµικό και των δύο ηµιστοιχείων θα αυξηθεί κατά την ποσότητα 0,059/2 δ. το δυναµικό και των δύο ηµιστοιχείων θα αυξηθεί κατά την ποσότητα 0,059/3 4. Στο ηµιστοιχείο του Cu(s) Cu 1+ (aq) και το ηµιστοιχείο του Zn(s) Zn 2+ (aq), προκαλούµε την ίδια µεταβολή, δηλαδή µειώνουµε τη συγκέντρωση του Cu 1+ και του Zn 2+ από 1 Μ σε 10-1 Μ. Τι από τα παρακάτω θα συµβεί; α. το δυναµικό του ηµιστοιχείου του Zn θα αυξηθεί κατά την ποσότητα 0,059/2, ενώ το δυναµικό του ηµιστοιχείου του Cu θα αυξηθεί κατά την ποσότητα 0,059 β. το δυναµικό του ηµιστοιχείου του Zn θα µειωθεί κατά την ποσότητα 0,059/2, ενώ το δυναµικό του ηµιστοιχείου του Cu θα µειωθεί κατά την ποσότητα 0,059 γ. το δυναµικό και των δύο ηµιστοιχείων θα µειωθεί κατά την ποσότητα 0,059/2 δ. το δυναµικό και των δύο ηµιστοιχείων θα µειωθεί κατά την ποσότητα0,059 104
5. Ασκήσεις 5ου Κεφαλαίου 1. Οι τιµές των κανονικών δυναµικών οξειδοαναγωγής για το ηλεκτρόδιο του Zn και το ηλεκτρόδιο του Cu είναι αντίστοιχα: -0,76V και +0,34V. Στο στοιχείο Daniell που προκύπτει από το συνδυασµό των δύο παραπάνω ηµιστοιχείων, η ένδειξη του βολτοµέτρου µπορεί να είναι: α. + 1,1V β. 1,1V γ. + 1,1V ή 1,1V ανάλογα µε τον τρόπο σύνδεσης των ακροδεκτών του βολτοµέτρου µε τα ηµιστοιχεία δ. + 0,42V 2. Αν το βολτόµετρο που έχει συνδεθεί στο στοιχείο Daniell δείχνει 1,1V, αυτό σηµαίνει ότι: α. ο θετικός ακροδέκτης του βολτοµέτρου έχει συνδεθεί µε το ηλεκτρόδιο του Cu και ο αρνητικός µε το ηλεκτρόδιο του Zn β. ο αρνητικός ακροδέκτης του βολτοµέτρου έχει συνδεθεί µε το ηλεκτρόδιο του Cu και ο θετικός µε το ηλεκτρόδιο του Zn γ. το βολτόµετρο είναι χαλασµένο αφού πρέπει να δείχνει µόνο θετικές τιµές δ. το αρνητικό πρόσηµο, οφείλεται στο είδος του βολτοµέτρου 3. Στο στοιχείο Daniell, το ηλεκτρόδιο του Cu αποτελεί την κάθοδο, γιατί ο Cu: α. είναι κατιόν β. ανάγεται γ. οξειδώνεται δ. είναι πιο δραστικό µέταλλο από τον Zn 4. Στο γαλβανικό στοιχείο του Daniell: 105
α. το ηλεκτρόδιο του Cu µειώνει τη µάζα του β. το ηλεκτρόδιο του Zn αυξάνει τη µάζα του γ. Το ηλεκτρόδιο του Zn διαβρώνεται ηλεκτροδιαλυόµενο και λεπταίνει δ. Το ηλεκτρόδιο του Cu διαβρώνεται ηλεκτροδιαλυόµενο και λεπταίνει 5. Το στοιχείο Daniell, σταµατά κάποια στιγµή να λειτουργεί ως µπαταρία, γιατί: α. το δυναµικό του Cu αυξάνεται β. το δυναµικό του Zn µειώνεται. γ. το δυναµικό του Cu µειώνεται και το δυναµικού του Zn αυξάνεται µέχρι να αποκτήσουν την τιµή µηδέν. δ. το δυναµικό του Cu µειώνεται και του Zn αυξάνεται και τελικά εξισώνονται οι τιµές τους 6. Στο γαλβανικό στοιχείο του Daniell, ο ρόλος της γέφυρας άλατος είναι η µεταφορά: α. ανιόντων στο ηλεκτρολυτικό διάλυµα του ηµιστοιχείου του Cu β. ανιόντων στο ηλεκτρολυτικό διάλυµα του ηµιστοιχείου του Zn γ. κατιόντων στο ηλεκτρολυτικό διάλυµα του ηµιστοιχείου του Zn δ. ανιόντων στο ηλεκτρολυτικό διάλυµα του ηµιστοιχείου του Cu και κατιόντων στο ηλεκτρολυτικό διάλυµα του ηµιστοιχείου του Zn 7. Η γέφυρα άλατος: α. Προµηθεύει κατιόντα και ανιόντα τα οποία αντικαθιστούν αυτά που καταναλώνονται στα ηλεκτρόδια. β. Κλείνει το κύκλωµα 106
γ. Η κίνηση των ιόντων µέσω της γέφυρας άλατος, ισοδυναµεί µε ηλεκτρικό ρεύµα µέσα στο γαλβανικό στοιχείο µε φορά από το ηλεκτρόδιο Zn προς του Cu. δ. είναι σωστές όλες οι προτάσεις 8. Αν στο υλικό πλήρωσης της γέφυρας άλατος είναι NaNO3: α. NO - 3 κινούνται µέσω του ηλεκτρολυτικού διαφράγµατος προς το ηµιστοιχείο του Zn - β. NO 3 κινούνται µέσω του ηλεκτρολυτικού διαφράγµατος προς το ηµιστοιχείο του Cu γ. Na + κινούνται µέσω του ηλεκτρολυτικού διαφράγµατος προς το ηµιστοιχείο του Zn δ. Η κίνηση των ιόντων ισοδυναµεί µε ηλεκτρικό ρεύµα µέσα στο στοιχείο Daniell, µε φορά από το ηλεκτρόδιο του Cu προς το ηλεκτρόδιο του Zn 9. Τα γαλβανικά στοιχεία είναι πειραµατικές διατάξεις στις οποίες: α. πραγµατοποιείται µια αυθόρµητη οξειδοαναγωγική αντίδραση β. παράγεται ηλεκτρικό ρεύµα γ. γίνεται µετατροπή της χηµικής ενέργειας σε ηλεκτρική δ. όλα τα παραπάνω 10. Έστω ένα γαλβανικό στοιχείο αποτελείται από τα ηµιστοιχεία Α και Β, για τα οποία ισχύει: Ε 0 Α>Ε 0 Β. Αν η ένδειξη του βολτοµέτρου είναι θετική, σηµαίνει ότι το ηµιστοιχείο που έχει συνδεθεί στο θετικό ακροδέκτη είναι: α. το ηµιστοιχείο Α β. το ηµιστοιχείο Β γ. η ένδειξη του βολτοµέτρου δεν εξαρτάται από τον τρόπο σύνδεσης δ. τίποτα από τα παραπάνω 107
11. Έστω ένα γαλβανικό στοιχείο αποτελείται από τα ηµιστοιχεία Α και Β, για τα οποία ισχύει: Ε 0 Α>Ε 0 Β. Αν η ένδειξη του βολτοµέτρου είναι αρνητική, σηµαίνει ότι το ηµιστοιχείο που έχει συνδεθεί στο θετικό ακροδέκτη είναι: α. το ηµιστοιχείο Α β. το ηµιστοιχείο Β γ. η ένδειξη του βολτοµέτρου δεν εξαρτάται από τον τρόπο σύνδεσης δ. τίποτα από τα παραπάνω 12. Αν σ ένα γαλβανικό στοιχείο που αποτελείται από τα ηµιστοιχεία Α και Β, ισχύει: Ε 0 Α>Ε 0 Β, τότε α. στο ηµιστοιχείο Α συµβαίνει ηλεκτροδιάλυση και είναι ο αρνητικός πόλος του γαλβανικού στοιχείου β. στο ηµιστοιχείο Α συµβαίνει ηλεκτροδιάλυση και είναι ο θετικός πόλος του γαλβανικού στοιχείου γ. στο ηµιστοιχείο Β συµβαίνει ηλεκτροδιάλυση και είναι ο αρνητικός πόλος του γαλβανικού στοιχείου δ. στο ηµιστοιχείο Β συµβαίνει ηλεκτροδιάλυση και είναι ο θετικός πόλος του γαλβανικού στοιχείου 13. Συνδέουµε ένα ηµιστοιχείο µε το Πρότυπο Ηλεκτρόδιο του Υδρογόνου. Αν το δυναµικό του ηλεκτροδίου ως προς το Π.Η.Υ., είναι: α. Θετικό (Ε>0), τότε το ηλεκτρόδιο οξειδώνεται και αποτελεί την άνοδο β. Θετικό (Ε>0), τότε το ηλεκτρόδιο οξειδώνεται και αποτελεί την κάθοδο γ. Αρνητικό (Ε<0), τότε το ηλεκτρόδιο ανάγεται και αποτελεί την κάθοδο δ. Αρνητικό(Ε<0), τότε το ηλεκτρόδιο οξειδώνεται και αποτελεί την άνοδο 14. Σ ένα γαλβανικό στοιχείο: α. άνοδος είναι πάντα το ηλεκτρόδιο στο οποίο γίνεται αναγωγή 108
β. κάθοδος είναι πάντα το ηλεκτρόδιο στο οποίο γίνεται οξείδωση γ. άνοδος είναι πάντα το ηλεκτρόδιο στο οποίο γίνεται οξείδωση δ. άνοδο αποτελεί το ηµιστοιχείο µε τη µεγαλύτερη τιµή κανονικού δυναµικού οξειδοαναγωγής 15. Σ ένα γαλβανικό στοιχείο: α. άνοδο αποτελεί το ηµιστοιχείο µε τη µεγαλύτερη αλγεβρική τιµή κανονικού δυναµικού β. κάθοδο αποτελεί το ηµιστοιχείο µε τη µεγαλύτερη αλγεβρική τιµή κανονικού δυναµικού γ. κάθοδο αποτελεί το ηµιστοιχείο µε τη µικρότερη αλγεβρική τιµή κανονικού δυναµικού δ. η άνοδος και η κάθοδος δεν εξαρτώνται από τις τιµές των κανονικών δυναµικών, αλλά από τον τρόπο σύνδεσης των ηλεκτροδίων µε το βολτόµετρο. 16. Στο γαλβανικό στοιχείο που συµβολίζεται µε τον παρακάτω τρόπο: α. το ηµιστοιχείο Α έχει το υψηλότερο δυναµικό και αποτελεί την άνοδο β. το ηµιστοιχείο Β έχει το υψηλότερο δυναµικό και αποτελεί την κάθοδο γ. το ηµιστοιχείο Α έχει το χαµηλότερο δυναµικό και αποτελεί την κάθοδο δ. το ηµιστοιχείο Β έχει το υψηλότερο δυναµικό και αποτελεί την άνοδο 17. Αν σ ένα γαλβανικό στοιχείο συνδέσουµε ένα βολτόµετρο και η ένδειξή του είναι θετική, τότε: α. το ηλεκτρόδιο που είναι συνδεδεµένο στην είσοδο (+ ή V/Ω) αποτελεί την κάθοδο 109
β. το ηλεκτρόδιο που είναι συνδεδεµένο στην είσοδο (+ ή V/Ω) αποτελεί την άνοδο γ. το ηλεκτρόδιο που είναι συνδεδεµένο στην είσοδο ( ή com) αποτελεί την κάθοδο δ. δεν µπορούµε να βγάλουµε συµπέρασµα για την άνοδο και την κάθοδο από τη θετική τιµή του βολτοµέτρου 18. Αν σ ένα γαλβανικό στοιχείο συνδέσουµε ένα αµπερόµετρο και η ένδειξή του είναι θετική, τότε: α. το ηλεκτρόδιο που είναι συνδεδεµένο στην είσοδο ( ή com) αποτελεί την κάθοδο β. το ηλεκτρόδιο που είναι συνδεδεµένο στην είσοδο ( ή com) αποτελεί την άνοδο γ το ηλεκτρόδιο που είναι συνδεδεµένο στην είσοδο (+ ή Α) αποτελεί την άνοδο δ. δεν µπορούµε να βγάλουµε συµπέρασµα για την άνοδο και την κάθοδο από τη θετική τιµή του αµπεροµέτρου 19. Παρακάτω δίνονται τα κανονικά δυναµικά οξειδοαναγωγής για τα οξειδοαναγωγικά ζεύγη Ag + Ag και Cu 2+ Cu. α. o Cu µπορεί να οξειδωθεί ανάγοντας τον Αg + β. o Αg µπορεί να οξειδωθεί ανάγοντας τον Cu 2+ γ. o Αg µπορεί να αναχθεί οξειδώνοντας τον Cu 2+ δ. επειδή και τα δύο κανονικά δυναµικά οξειδοαναγωγής είναι θετικά, δε γίνεται καµία αντίδραση οξειδοαναγωγής 110
20. Για να πραγµατοποιηθεί αυθόρµητα µια οξειδοαναγωγική αντίδραση πρέπει: α. E 0 καθόδου - E 0 ανόδου 0 β. E 0 ανόδου - E 0 καθόδου 0 γ. E 0 καθόδου - E 0 ανόδου < 0 δ. E 0 καθόδου - E 0 ανόδου > 0 21. Τα πρότυπα δυναµικά για τα ηµιστοιχείο Ni(s) Ni 2+ (aq) και Fe(s) Fe 2+ (aq) είναι -0,26V και -0,45V αντίστοιχα. Αν βυθίσουµε έλασµα Fe σε διάλυµα NiSO 4 1M, η αντίδραση: Ni 2+ + Fe Ni + Fe 2+ α. είναι αυθόρµητη και το έλασµα Fe αποτελεί την άνοδο β. είναι αυθόρµητη και το έλασµα Fe αποτελεί την κάθοδο γ. δεν είναι αυθόρµητη γιατί ο Fe οξειδώνεται πιο δύσκολα από το Ni δ. δεν είναι αυθόρµητη γιατί το δυναµικό του Ni είναι µεγαλύτερο αλγεβρικά από το δυναµικό του Fe 22. Δίνονται οι παρακάτω ηµιαντιδράσεις και τα κανονικά δυναµικά οξειδοαναγωγής τους: Ag + + e - Ag + 0,80V Cl 2 + 2e - 2Cl - + 1,36V Αν συνδυαστούν τα δύο ηµιστοιχεία: α. θα οξειδωθεί ο Ag και θα αναχθεί το Cl 2 β. θα οξειδωθεί το Cl - και θα αναχθεί ο Ag + γ. θα οξειδωθεί ο Ag + και θα αναχθεί το Cl - δ. θα οξειδωθεί το Cl - και θα αναχθεί ο Ag 111
23. Σε ποια περίπτωση λαµβάνει χώρα αυθόρµητη οξειδοαναγωγική αντίδραση; α. Μία ράβδος Zn (Ε 0 = - 0,76 V) εµβαπτίζεται σε διάλυµα ιόντων Mg 2+ (Ε 0 = - 2,37 V). β. Μία ράβδος Ni (Ε 0 = - 0,26 V) εµβαπτίζεται σε διάλυµα ιόντων Al 3+ (Ε 0 = - 1,66 V). γ. Μία ράβδος Ni (Ε 0 = - 0,26 V) εµβαπτίζεται σε διάλυµα ιόντων Mg 2+ (Ε 0 = - 2,37 V). δ. Μία ράβδος Al (Ε 0 = - 1,66 V) εµβαπτίζεται σε διάλυµα ιόντων Zn 2+ ( Ε0 = - 0,76 V). 24. Δίνονται οι παρακάτω ηµιαντιδράσεις και τα κανονικά δυναµικά οξειδοαναγωγής: Fe 2+ + 2 e - Ag + + e - Fe -0,45V Ag +0,80V Με βάση τα κανονικά δυναµικά οξειδοαναγωγής τους, να επιλέξετε ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις πραγµατοποιείται και είναι γραµµένη σωστά: α. Fe + Ag + Fe 2+ + Ag β. Fe + 2 Ag + Fe 2+ + 2 Ag γ. Fe 2+ + 2Ag Fe + 2Ag + δ. Fe 2+ + Ag Fe + Ag + 112
6. Ασκήσεις 6ου Κεφαλαίου 1. Σ ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο πραγµατοποιείται: α. µια αυθόρµητη οξειδοαναγωγική αντίδραση β. µια µη αυθόρµητη οξειδοαναγωγική αντίδραση γ. µια µη αυθόρµητη οξειδοαναγωγική αντίδραση µε τη χρήση οποιασδήποτε εξωτερικής πηγής δ. µια µη αυθόρµητη οξειδοαναγωγική αντίδραση, αν χρησιµοποιήσουµε εξωτερική πηγή κατάλληλης ηλεκτρεγερτικής δύναµης και συνδεθεί ανάστροφα 2. Κατά τη µετατροπή του γαλβανικού σε ηλεκτρολυτικό στοιχείο: α. αλλάζει η ροή των e - β. η πολικότητα είναι αντίστροφη γ. η άνοδος να µετατρέπεται σε κάθοδο και η κάθοδος σε άνοδο δ. ισχύουν όλα τα παραπάνω 3. Αν στο γαλβανικό στοιχείο Daniell συνδεθεί ανάστροφα εξωτερική πηγή µε Εεξ. > 1,1 V, τότε: α. θα πραγµατοποιηθεί η αυθόρµητη οξειδοαναγωγική αντίδραση (οξείδωση του Zn και αναγωγή των κατιόντων Cu 2+ ) β. το ηλεκτρόδιο του Zn αποτελεί την κάθοδο και το ηλεκτρόδιο του Cu αποτελεί την άνοδο γ. το ηλεκτρόδιο του Zn αποτελεί την άνοδο και το ηλεκτρόδιο του Cu αποτελεί την κάθοδο δ. το κύκλωµα δε θα διαρρέεται από ρεύµα µε αποτέλεσµα να µην πραγµατοποιείται καµία οξειδοαναγωγική αντίδραση 113
4. Αν στο γαλβανικό στοιχείο Daniell συνδεθεί ανάστροφα εξωτερική πηγή µε Εεξ. < 1,1 V, τότε: α. το κύκλωµα δε θα διαρρέεται από ρεύµα µε αποτέλεσµα να µην πραγµατοποιείται καµία οξειδοαναγωγική αντίδραση β. το ηλεκτρόδιο του Zn αποτελεί την κάθοδο και το ηλεκτρόδιο του Cu αποτελεί την άνοδο γ. θα πραγµατοποιείται η αυθόρµητη οξειδοαναγωγική αντίδραση (οξείδωση του Zn και αναγωγή των κατιόντων Cu 2+ ) µε µειωµένη όµως ένταση ρεύµατος δ. δε θα διαρρέεται από ρεύµα µε αποτέλεσµα να µην πραγµατοποιείται καµία οξειδοαναγωγική αντίδραση 5. Αν το γαλβανικό στοιχείο Daniell, µε τη χρήση κατάλληλης εξωτερικής πηγής, µετατραπεί σε ηλεκτρολυτικό στοιχείο: α. γίνεται µετατροπή της χηµικής ενέργειας σε ηλεκτρική β. το ηλεκτρόδιο του Zn ηλεκτροδιαλύεται γ. το ηλεκτρόδιο του Zn αυξάνει τη µάζα του δ. το ηλεκτρόδιο του Cu αυξάνει τη µάζα του 114
11. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Γιαννακουδάκης Δ., Εφαρμογές Ηλεκτροχημικών Συστημάτων, Α.Π.Θ. 1984. 2. Γιαννακουδάκη Δ., Φυσικοχημεία Δεύτερου Κύκλου, Α.Π.Θ. 1982-1983. 3. Γιαννακουδάκης Π., Σημειώσεις Ηλεκτροχημείας, Α.Π.Θ. (2010) 4. Γιαννακουδάκης Α., Μαυρόπουλος Μ., Πομώνης Φ., Χημεία Β Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης, ΟΕΔΒ 1999. 5. Μανουσάκης Γ., Κεφαλωνίτης Ι., Χρηστίδης Β., Χηνιάδης Δ., Χημεία Β και Γ Λυκείου- Θετικής Κατεύθυνσης, ΟΕΔΒ 2000. 6. Τσίπης Κ., Βάρβογλης Α., Γιούρη- Τσοχατζή Κ., Δερπάνης Δ., Παλαμιτζόγλου Π., Παπαγεωργίου Γ., Χημεία Β και Γ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης, ΟΕΔΒ 2000. 7. Antonoglou L., Charistos N., Sigalas M., Design, development and implementation of a technology enhanced hybrid course 2011 8. Brown T., Le May H., Bursten B., Murphy C., Chemistry The Central Science, Pearson Education, Inc. 11 th ed., 2009. 9. Ebbing D., Gammon S., Γενική χημεία. Μετάφραση Νικόλαος Δ. Κλούρας, Εκδόσεις Τραυλός, Έκδοση έκτη, 2002. 10. Lin H.,Yang T., Chiu H., & Chou C. Students difficulties in learning electrochemistry. National Science Council., 2002. 11. Martín- Blas, Serrano- Fernández, The role of new technologies in the learning process: Moodle as a teaching tool in Physics., 2009. 12. McMurry F., Chemistry, 4th Edition 13. Schmidt, H., Marohn, A., Harrison, A., Factors that prevent learning in electrochemistry. Journal of Research in Science Teaching,44(2), 258-283. (2007) 14. www.pi- schools.gr 15. http://users.sch.gr/xbalasi/electrochem/sect02/page%2024.html 16. http://www.micrecol.de/elece.html 115
17.http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/simDow nload/index4.html 18.http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/simDow nload/index4.html#el ectrochem 19. http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/media_portfolio/index.html 20. goldbook.iupac.org/eo1956.html 21. goldbook.iupac.org/eo1934.html 22. http://hermes.di.uoa.gr/pake/geniko%20meros%20160.doc 116