Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑azure

Ćwiczenie zapisu równań reakcji zachodzących w ogniwach

Polecenie 1

Zapoznaj się z poniższymi przykładami zadań związanymi z reakcjami, które zachodzą na ogniwach.

Zapis równań reakcji

Przykład 1

Zapisz równania reakcji zachodzące w ogniwie o schemacie:

(-)   Ni|Ni2+||Cu2+|Cu   (+)

AnodąanodaAnodą (-) jest półogniwopółogniwopółogniwo Ni|Ni2+, na którym zachodzi reakcja utlenianiautlenianieutleniania. KatodąkatodaKatodą (+) jest półogniwo Cu|Cu2+, na którym zachodzi reakcja redukcjiredukcjaredukcji.

A(-)   NiNi2++2 e-
K(+)   Cu2++2 e-Cu

Sumaryczne równanie reakcji, które zachodzi w ogniwie, otrzymuje się dodając stronami reakcje zachodzącą na anodzie i katodzie:

Ni+Cu2+Ni2++Cu
Przykład 2

Zapisz równania reakcji zachodzące w ogniwie o schemacie:

(-)   Pt | I2,I-||MnO4-,Mn2+,H3O+|Pt   (+)

Jest to ogniwo redoks. Anodą (-) jest półogniwo Pt | I2,I-, na którym zachodzi reakcja utleniania, zaś katodą (+) jest półogniwo Pt | Mn2+,MnO4-,H3O+, gdzie zachodzi reakcja redukcji.

A(-)   2 I-I2+2 e-
K(+)   MnO4-+8 H3O++5 e-Mn2++12 H2O

Liczba elektronów, oddanych przez reduktorreduktorreduktor i przyjętych przez utleniaczutleniaczutleniacz, musi być jednakowa, dlatego należy dokonać bilansu elektronowo‑jonowego, stosując matematyczną metodę najmniejszej wspólnej wielokrotności. W tym przypadku wszystkie elementy równania reakcji utleniania należy pomnożyć przez 2, a reakcji redukcji przez 5.

A(-)   2 I-I2+2 e-   |·5
K(+)   MnO4-+8 H3O++5 e-Mn2++12 H2O   |·2
A(-)   10 I-5 I2+10 e-
K(+)   2 MnO4-+16 H3O++10 e-2 Mn2++24 H2O

Sumaryczne równanie reakcji, które zachodzi w ogniwie, otrzymuje się na podstawie dodania do siebie stron reakcji zachodzącej na anodzie i katodzie:

2 MnO4-+16 H3O++10 I-5 I2+2 Mn2++24 H2O
Przykład 3

Zapisz równania reakcji zachodzące w ogniwie o schemacie:

(-)   Ag | Ag+(c1)||Ag+(c2)|Ag   (+)

Jest to ogniwo stężeniowe, zbudowane z dwóch takich samych elektrod metalicznych zanurzonych w roztworze elektrolituelektrolitelektrolitu, który zawiera jony tego metalu, ale ich stężenia są różne (c1<c2). Anodą (-) jest półogniwo o niższym stężeniu jonów potencjałotwórczych, z kolei katodą (+) jest półogniwo o wyższym stężeniu jonów potencjałotwórczych.

A(-)   AgAg+(c1)+e-
K(+)   Ag+(c2)+e-Ag

Sumaryczna reakcja zachodząca w ogniwie:

Ag+Ag+(c2)Ag+(c1)+Ag

Przebieg reakcji redoks

Przykład 4

Jak będzie przebiegała reakcja redoksreakcja redoksreakcja redoks w półogniwie Pt|SO42-,SO32-,OH-

SO42-+H2O+2 e-SO32-+2 OH-

jeżeli zostanie ono zestawione z półogniwem wodorowym Pt|H2|H3O+?

2 H3O++2 e-H2+2 H2O

Wskaż anodę i katodę. Przedstaw schemat tego ogniwa. Zapisz równania reakcji zachodzące na półogniwach oraz sumaryczne równanie reakcji ogniwa.

E°SO42-|SO32-=-0,93 V
E°H3O+|H2=0,00 V

Katodą (+) będzie półogniwo Pt|H2|H3O+, a anodą (-) półogniwo Pt|SO42-,SO32-,OH-, ponieważ:

E°H3O+|H2>E°SO42-|SO32-

Skoro półogniwo Pt|SO42-,SO32-,OH- jest anodą, to zachodzi na nim reakcja utleniania jonów SO32- do jonów SO42-. Schemat tego ogniwa:

(-)   Pt|SO32-,SO42-,OH-||H3O+|H2|Pt   (+)
A(-)   SO32-+2OH-SO42-+H2O+2 e-
K(+)   2 H3O++2 e-H2+2 H2O

Sumaryczne równanie reakcji, które zachodzi w ogniwie, otrzymuje się na podstawie zsumowania stron reakcji zachodzącej na anodzie i katodzie:

2 H3O++SO32-+2OH-SO42-+3 H2O+H2

Projektowanie ogniwa

Przykład 5

Zaprojektuj ogniwo, w którym zachodzi reakcja:

Br2+SO32-+2OH-SO42-+H2O+2 Br-

Podaj schemat tego ogniwa oraz zapisz równanie reakcji, zachodzące na anodzie i katodzie.

Schemat ogniwa:

(-)   Pt|SO32-,SO42-,OH-||Br2|Br-|Pt   (+)

Równania reakcji zachodzące na anodzie i katodzie:

A(-)   SO32-+2OH-SO42-+H2O+2 e-
K(+)   Br2+2 e-2 Br-
Ciekawostka

Stworzenie prostego działającego ogniwa jest możliwe również w domu. Jeśli posiadasz kawałek cynku i miedzi, ocet, słoik oraz kawałek drutu, możesz wykonać układ zaprezentowany na obrazku poniżej. Co prawda, nie wykorzystasz go do rozświetlenia żarówki, jednak wytwarzane natężenie pozwoli na zasilenie np. generatora melodii w kartkach okolicznościowych.

RTuF1rFQmsxwt
Proste ogniwo galwaniczne stworzone w warunkach domowych
Źródło: GuidoB, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

anoda
anoda

półogniwo, na którym zachodzi reakcja utleniania; w ogniwie ma znak ujemny

elektrolit
elektrolit

substancja, która za pośrednictwem jonów przewodzi prąd elektryczny

katoda
katoda

półogniwo, na którym zachodzi reakcja redukcji; w ogniwie ma znak dodatni

potencjał standardowy półogniwa E°
potencjał standardowy półogniwa E°

potencjał półogniwa, w którym metal zanurzony jest w roztworze zawierającym jony potencjałotwórcze o stężeniu 1 moldm3, a gazy są pod ciśnieniem 1013 hPa w temperaturze 298 K (25°C), mierzony względem standardowego półogniwa wodorowego

półogniwo
półogniwo

zbudowane jest z przewodnika elektronowego, który jest zanurzony w przewodniku jonowym (najczęściej to roztwór odpowiedniego elektrolitu)

reakcja redoks
reakcja redoks

reakcja chemiczna, w której dochodzi do zmiany stopni utlenienia w pierwiastku chemicznych

redukcja
redukcja

przyjmowanie elektronów przez jony lub atomy pierwiastków w wyniku czego dochodzi do obniżenia stopnia utlenienia

reduktor
reduktor

pierwiastek podwyższający swój stopień utlenienia (utleniający się)

stopień utlenienia
stopień utlenienia

pojęcie umowne, które określa ładunek danego pierwiastka chemicznego w danym związku, przy założeniu, że wszystkie wiązania w tym związku maja charakter jonowy

utleniacz
utleniacz

pierwiastek obniżający swój stopień utlenienia (redukujący się)

utlenianie
utlenianie

oddawanie elektronów przez jony lub atomy pierwiastków w wyniku czego dochodzi do podwyższenia stopnia utlenienia

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Jones L., Atkins P., Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, tłum. Jan Kuryłowicz, Warszawa 2012.

Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia: Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.