PS2017 Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie
Seminární cvičení č. 8  C4040 Pokročilá fyzikální chemie - seminář
FARADAYUV ZÁKON, ELEKTRODOVÁ DYNAMIKA (Řešení) Úkol č. 8.1 (Faradayův zákon, Elektrolýza)
Jak dlouho procházel elektrolyzérem stálý elektrický proud 1.6 A, aby se na katodě vyloučily 2.0 g mědi (M= 63.55 g mol"1)? [/ = 3795.65 s = 1 h 3 min]
Řešení: R = 8.31447 J K"1 mol"1; F = 96485.33 C mol"1; 1 J = C V, z(v) = 2 (počet e") Využijeme Faradayova zákona:
n = Q=0_
zF zF
Úkol č. 8.2 (Faradayův zákon, Coulometrie)
Při cerimetrické coulometrické titraci dvojmocných iontů (Ce4+ anodicky generované) byl na kalibrovanom odporu 100 Q změřen rozdíl napětí 0.503 V. Z titrační potenciometrické křivky bylo zjištěno, že bodu ekvivalence bylo dosaženo za 286 vteřin a množství látky ve vzorku činila 832.6 ug. Jaká je molární hmotnost dané látky a jakou látku by se mohlo jednat? [M- 55.85 g mol-1]
Řešení: R = 8.31447 J K"1 mol"1; F = 96485.33 C mol"1; 1 J = C V, z(v) = 1 (počet e") Nejprve vypočteme proud z Ohmová zákona: I-^-
R
Poté opět využijeme Faradayova zákona:
_Q_J±
zF zF
Úkol č. 8.3 (Faradayův zákon)
Poniklování kovové destičky, která má povrch 100 cm2, trvalo při proudu 0.4 A čtyři hodiny. Vypočtěte tloušťku niklové vrstvy, která se na destičce vytvořila. (M = 58.7 g mok1, p = 8.908 g cm-3) [h = 19.68 um]
Řešení: R = 8.31447 J K"1 mol"1; F = 96485.33 C mol"1; 1 J = C V, z(v) = 2 (počet e")
Nejprve veličiny převedeme na základní jednotky a poté vypočteme hmotnost pomocí hustoty: m=pV,kás V = Sh.
Následně využijeme Faradayova zákona, kde za m dosadíme výše vyjádřenou hmotnost a vypočteme h.
Q it n=TF=TF
Úkol č. 8.4 (Elektrodová dynamika)
Typická výměnná proudová hustota pro vybíjení H+ na platině při teplotě 25 °C je 0.79 mA cm"2. Jaká je proudová hustota na elektrodě při přepětí a) 10 mV b) - 0.5 V. Předpokládejte koeficient přenosu náboje 0.5. [/ = 0.31 mA cm"2, —2* 1042 mA cm"2]
Řešení: R = 8.31447 J K"1 mol"1; F = 96485.33 C moľ1; 1 J = C V.
Stránka 1 z 3
PS2017
Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie
Seminární cvičení č. 8  C4040 Pokročilá fyzikální chemie - seminář
Použití rovnic z úkolu 7.6 a 7.7 Úkol č. 8.5
Inertní elektroda je v kontaktu se dvěma kationty M3+ a M4+ ve vodném roztoku při 25 °C. Koeficient přenosu náboje příslušné jednoelektronové reakce přenosu náboje je a = 0.51. Pro proudovou hustotu +59.0 mA cm"2 bylo naměřeno přepětí +108 mV. Kolik za daných podmínek činí podíl RTIvFl [25.69 mV]
Řešení: R = 8.31447 J K"1 mol"1; F = 96485.33 C mol"1; 1 J = C V.
S využitím hodnot z úkolu 7.5 vypočtěte výměnnou proudovou hustotu jo. [/o = 7.64 mA cm 2] Řešení: R = 8.31447 J K"1 mol"1; F = 96485.33 C mol"1; 1 J = C V. Butler-Volmerova rovnice má tvar:
Tato rovnice zahrnuje anodickou („levý exp") a katodickou část („pravý exp'1). Doporučuji nejprve spočítat zlomky, poté umocnit e a následně vypočíst jo. Úkol č. 8.7
Při jakém přepětí by činila proudová hustota z hodnot úkolů 7.5 a 7.6 činila 100 mA cm 2? Nápověda: Využijte vztahu po zanedbání katodické části B-V rovnice, [f] = 135 mV]
Řešení: R = 8.31447 J K"1 mol"1; F = 96485.33 C mol"1; 1 J = C V.
Vypočtěte proudovou hustotu, která je zapotřebí k dosažení přepětí 0.2 V a) s využitím B-V rovnice a b) Tafelovy rovnice pro redukci protonů na vodík na niklu při teplotě 25 °C, je-li výměnná proudová hustota 6.3 uA cm"2 a koeficient přenosu náboje činí 0.58. [/ - 0.17 mA eur2]
Řešení: R = 8.31447 J K"1 mol"1; F = 96485.33 C moľ1; 1 J = C V. Použití rovnic z úkolu 7.6 a 7.7
Ukol č. 8.6
.. .Tafelova rovnice
Ukol č. 8.8
Stránka 2 z 3
PS2017 Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie
Seminární cvičení č. 8  C4040 Pokročilá fyzikální chemie - seminář
Domácí úkol č. 8.9
Reakce 211 (aq) • 2e       > ll_(g)
má na elektrodě
Ni|HCI rcsp llg|HCI
výmennou fondovou hustotu
i    = 63 x 10 ' A cm 2 rcsp /,,._ = 7.9 k 10"° A cm
a koeficient přenosu náboje
o, =0.58 rcsp      =0.50 (pro /' = 29X K)
Probíha-li redukce H při přepětí // = -0.2 V. je redukce na Ni rychlejší ne/ redukce na Hg
(kolikrát ?)
Domácí úkol č. 8.10
Reakce 211 (aq) + 2e->H:(g)
má na elektrodě Ni|IICI rcsp. Hg|HCl výměnnou proudovou hustotu
7o.ni =6.3x K)" A cm : rcsp. / ,,,_   7.9x K) a A cm
a koeficient přenosu náboje
u.    0.58 rcsp. u {1   0.50 (pro T - 298 K)
Probília-li redukce H  při přepěli // = -0 2 V
a koeficient) přenosu náboje b> b\l\ pro Ni i Hg stejné.
b> la b\ redukce na Ni r>chlejší než redukce na Hg
(kolikrát?)
Stránka 3 z 3