Wersja z 2014-02-05

Elektrochemia

1. W naczyniu zawierającym roztwór siarczanu miedzi umieszczono płytkę cynkową. Zaobserwowano pewien proces, który szybko został jednak zahamowany. Co konkretnie zaobserwowano? Jaka była chemiczna natura tego procesu? Dlaczego zakończył się on po niedługim czasie?
2. Wykonano doświadczenie, napełniając dwie zlewki odpowiednio roztworami siarczanu cynku i siarczanu miedzi. W każdej ze zlewek umieszczano kolejno blaszkę cynkową i blaszkę miedzianą. Czy zaobserwowano zajście jakichś reakcji chemicznych? W jakich kombinacjach roztworu i metalu?
3. Do naczynia zawierającego wodny roztwór siarczanu miedzi włożono jednocześnie blaszkę cynkową i blaszkę miedzianą. Co zaobserwowano, gdy: (a) blaszki się nie stykały, (b) blaszki stykały się bezpośrednio, (c) blaszki połączono cienkim drucikiem na zewnątrz naczynia, (d) blaszki połączono drutami ze stykami żarówki?
4. Zapisz schemat ogniwa niklowo-srebrowego zgodnie z konwencją sztokholmską, równania zachodzących reakcji, i oblicz jego SEM.
5. W roztworze kwasu siarkowego(VI) zanurzono elektrody chromową i miedzianą. Zapisz schemat ogniwa, równania zachodzących reakcji, oblicz SEM.
6. W pewnym ogniwie zachodzi reakcja: Ti²⁺ + Cr³⁺ → Cr²⁺ + Ti⁴⁺. Określ rodzaj półogniw (metaliczne, gazowe, redoks) i podaj zachodzące na nich reakcje, zapisz schemat ogniwa zgodnie z konwencją sztokholmską.
7. Standardowy potencjał półogniwa metalicznego Y|Y²⁺ jest bardziej ujemny niż półogniwa metalicznego X|X²⁺. Który z metali jest silniejszym reduktorem? Jeśli z obu tych półogniw zbudujemy ogniwo, w którym kierunku będą przebiegać reakcje X²⁺ + 2e⁻ … X oraz Y²⁺ + 2e⁻ … Y? (Wstaw strzałki skierowane w odpowiednią stronę.)
8. Oblicz wartość potencjału elektrody cynkowej zanurzonej w roztworze Zn²⁺ o stężeniu 0,01 mol/dm³, wiedząc, że E⁰ = −0,76 V dla takiej elektrody.
9. SEM pewnego ogniwa w warunkach standardowych wynosi 1,20 V. Jednym z półogniw jest półogniwo srebrowe. Z jakiego metalu zbudowano drugie półogniwo? Które z nich stanowi anodę, a które katodę?
10. Elektrodę dodatnią w pewnym ogniwie stanowi srebro, a SEM tego ogniwa równa się 2,46 V (w warunkach standardowych). Podaj schemat tego ogniwa i zapisz równania reakcji elektrodowych.
11. Katodę ogniwa galwanicznego stanowi półogniwo Cu|Cu²⁺, a jego SEM w warunkach standardowych równa się 0,60 V. Zapisz schemat drugiego półogniwa zgodnie z konwencją sztokholmską.
12. W naczyniu zawierającym kwas solny umieszczono dwie identyczne elektrody wykonane z platyny, podłączone do żarówki. Co zaobserwowano? Co się stało, gdy jedną z elektrod zaczęto omywać gazowym wodorem, a drugą gazowym chlorem? Nazwij rodzaj otrzymanego ogniwa, zapisz równania zachodzących w nim reakcji elektrodowych i podaj jego schemat w konwencji sztokholmskiej.
13. Sporządzono dwa półogniwa, napełniając dwa zbiorniczki wodą i rozpuszczając w jednym ze zbiorniczków SnCl₂ i SnCl₄, a w drugim FeCl₂ i FeCl₃. Zbiorniczki połączono kluczem elektrolitycznym, a do każdego ze zbiorniczków włożono elektrodę platynową. Zapisz równania reakcji zachodzących w pracującym ogniwie, podaj jego schemat w konwencji sztokholmskiej i oblicz SEM przy założeniu, że wszystkie roztwory miały stężenie 1 mol/dm³. Potencjał standardowy procesu Sn²⁺|Sn⁴⁺ wynosi +0,15 V, natomiast procesu Fe²⁺|Fe³⁺ wynosi +0,77 V. Dlaczego nie można zrezygnować z klucza i połączyć obu zbiorniczków bezpośrednio?
14. Czy schemat ogniwa Pt|Pt²⁺||Cu²⁺|Cu jest poprawny? Dlaczego? E⁰(Pt|Pt²⁺) = +1,20.
15. Oblicz SEM ogniwa A(−) Zn|Zn²⁺ 1 mol·dm⁻³||Au³⁺ 1 mol·dm⁻³|Au (+)K pracującego w temperaturze 25°C.
16. Uzupełnij tabelę:
    

    Para jonów	Czy reagują ze sobą	Schemat reakcji
    Fe3+ i I−
    Fe3+ i Cl−

    
    

    Skorzystaj z następujących informacji:

    Równanie reakcji elektrodowej	E0 [V]
    I2 + 2e− ⇄ 2I−	+0,54
    Fe3+ + e− ⇄ Fe2+	+0,77
    Cl2 + 2e− ⇄ 2Cl−	+1,36

17. Sporządzono półogniwa A i B, w których zachodzą następujące reakcje:
    

    Półogniwo A	ClO3− + 6H+ + 6e− ⇄ Cl− + 3H2O	E0 = +1,45 V
    Półogniwo B	NO2− + H2O + e− ⇄ NO + 2OH−	E0 = −0,46 V

    
    

    Na podstawie podanych wartości potencjałów standardowych określ, gdzie zachodzi utlenianie, a gdzie redukcja, oraz napisz sumaryczne równanie reakcji zachodzącej w ogniwie w formie jonowej.

18. Ogniwo Volty składa się z płytek cynkowej i miedzianej zanurzonych w rozcieńczonym roztworze H₂SO₄. Zapisz schemat tego ogniwa zgodnie z konwencją sztokholmską i równania reakcji elektrodowych.
19. Z ilu ogniw Daniella należy utworzyć baterię, aby otrzymać napięcie nie mniejsze niż 230 V w warunkach standardowych? Przyjmij, że stężenia elektrolitów w ogniwie wynoszą 1 mol/dm³.
20. Wskaż schematy ogniw Volty, Daniella i Leclanchégo wśród następujących: (a) Zn|Zn²⁺||Cu²⁺|Cu, (b) Zn|NH₄Cl_aq||MnO₂,C, (c) Zn|H₂SO₄|Cu.
21. W probówkach umieszczono: (a) drut żelazny w wodzie, (b) drut żelazny w słonej wodzie, (c) drut żelazny połączony z bryłką miedzi w słonej wodzie, (d) drut żelazny połączony z bryłką cynku w słonej wodzie. Uszereguj probówki według rosnącej szybkości korozji.
22. Dwa stalowe przedmioty pokryto powłokami ochronnymi – jeden powłoką cynkową, a drugi niklową. Po pewnym czasie na obu przedmiotach pojawiły się rysy, a powłoki uległy uszkodzeniu. Zapisz schematy lokalnych mikroogniw, które utworzyły się w wyniku tych uszkodzeń. Dla jednego z ogniw oblicz wartość SEM. Wskaż, która z powłok lepiej chroni żelazo i uzasadnij swój wybór.
23. W dwóch probówkach umieszczono żelazne gwoździe owinięte drutem: miedzianym w probówce A, aluminiowym w probówce B. Do probówek wlano wodny roztwór NaCl oraz końce wężyków, przez które tłoczono tlen. Zapisz, jakich dokonano obserwacji po pewnym czasie trwania doświadczenia.
24. Wyjaśnij sens cynkowania blach samochodowych. Dlaczego po zimie należy myć podwozie samochodu wodą?
25. Zapisz równania reakcji elektrolizy na elektrodach platynowych następujących substancji:

    substancja	katoda (−)	anoda (+)
    NaOH (aq)
    NH3 (aq)
    HCl (aq)
    H2SO4 (aq)
    NaCl (aq)
    FeCl3 (aq)
    AuCl3 (aq)
    LiCl (st)
    MgBr2 (st)
    KH (st)
    ZnO (st)
    Na2CO3 (aq)
    K2SO4 (aq)
    AgNO3 (aq)
    AgNO2 (aq)
    Cu(NO3)2 (aq)
    SnSO4 (aq)
    CH3COONa (aq)
    HCOOK (aq)
    HCOOH (aq)
    CH3COOH (aq)
    CH3CH2COOH (aq)
    Na2C2O4 (aq)
    (COO)2Mg (aq)
    (COOH)2 (aq)

26. Elektrorafinacja miedzi polega na elektrolizie siarczanu miedzi(II) na elektrodach, z których jedna sporządzona jest z czystej miedzi, a druga z miedzi zanieczyszczonej (np. niklem). Napisz równania wszystkich reakcji anodowych i katodowych. Z którym biegunem źródła prądu stałego połączona jest elektroda, której masa przyrasta w czasie elektrorafinacji?
27. Jaką objętość zajmie tlen otrzymany w wyniku elektrolitycznego rozkładu 100 g wody w temperaturze 22°C, pod ciśnieniem 1000 hPa. Przyjmij wartość stałej gazowej R = 83,14 hPa·dm³·K⁻¹·mol⁻¹.
28. Napięcie rozkładowe U_r to najmniejsze napięcie konieczne do rozpoczęcia elektrolizy. Nadnapięcie η to różnica między napięciem rozkładowym a siłą elektromotoryczną odpowiedniego ogniwa. Oblicz nadnapięcie, jeśli wiadomo, że w ogniwie Daniella napięcie rozkładowe wynosi 1,3 V.
29. Przeprowadzono elektrolizę wodnego, rozcieńczonego roztworu kwasu siarkowego. Zapisz równanie reakcji anodowej. Wiedząc, że na katodzie wydzieliło się 4,48 dm³ gazu w warunkach normalnych, nartężenie prądu wynosiło 4 A, wydajność procesu wynosiła 100%, oblicz, ile sekund trwała elektroliza. Przyjmij wartość stałej Faradaya F = 96 500 C·mol⁻¹.
30. Podczas elektrolizy niektórych soli na katodzie wydziela się gaz, a przestrzeń wokół katody zmienia odczyn. Która z soli: CuCl₂ i NaCl ulega opisanej przemianie? Jakiego barwnika użyjesz do wykrycia zmiany pH, mając do dyspozycji fenoloftaleinę i oranż metylowy? Zapisz równanie reakcji katodowej.
31. W 1 dm³ wody rozpuszczono azotany(V): srebra(I), miedzi(II) i sodu, otrzymując równe stężenia molowe kationów. Przez roztwór przepuszczono ładunek na tyle duży, by zapewnić wydzielenie na katodzie kolejno trzech pierwiastków. Określ, jakie pierwiastki wydzielały się na katodzie jako pierwszy, drugi i trzeci. Jaki pierwiastek wydzielił się na anodzie? Zapisz równanie reakcji anodowej.
32. Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji zachodzącej podczas ładowania akumulatora kwasowo-ołowiowego. Jak zmienia się stężenie kwasu siarkowego(VI) podczas tego procesu? Czym pokrywają się obie elektrody podczas rozładowywania akumulatora?