PS2018 Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie Seminární cvičení C4040 Pokročilá fyzikální chemie -č. I seminář ELEKTROCHEMIE A ELEKTROLÝZA Důležité konstanty: R = 8.31447 J K"1 mol-1; F = 96485.33 C mol"1 Úkol č. 1 Elektrochemický článek je při teplotě 25 °C tvořen dvěma poločlánky, tj. argentovou (stříbrnou) elektrodou (E%s+/As= +0.799 V) a standardní vodíkovou elektrodou (SHE)(£t+/H = OV,IUPAC). ?v H,(ff) Úkol č. 1.01 Zapíšte schéma článku. Úkol č. 1.02 Chemickými rovnicemi zapište děje obou poločlánků a celkovou reakci. Určete, která elektroda je anodou/katodou a jaké děje na nich probíhají. Kolikátého druhu obě elektrody j sou? Úkol č. 1.03 Vyjádřete Nernstovy rovnice pro každý poločlánek. Úkol č. 1.04 Jaký elektrodový potenciál (resp. rovnovážné napětí) bude mít argentová elektroda (resp. celý článek), která je ponořena v roztoku dusičnanu stříbrného o koncentraci 1.0 mol dm-3? Aktivitní koeficienty považujte za jednotkové. [£cen = £^ell = 0.799 V] Stránka 1 z 4 PS2018 Přírodovědecká fakulta MU — Ústav chemie Seminární cvičení C4040 Pokročilá fyzikální chemie -č. I seminář Úkol č. 1.05 Jaký potenciál bude mít argentová elektroda, změní-li se koncentrace dusičnanu stříbrného na 0.001 mol dm-3 při téže teplotě? [£ceii= 0.622 V] Úkol č. 1.06 Jaký bude potenciál vodíkové elektrody, bude-li při stejné teplotě pH (HC1) = 1.0 a je-li vodík přiváděn pod tlakem 98.690 kPa? Předpokládejte ideální chování (tzn. fugacitní a aktivitní koeficienty považujte za jednotkové). LECeii= -0.059 V] Úkol č. 1.07 Jaký bude potenciál článku s využitím úkolu č. 1.05 a 1.06? LEcen= 0.681 V] Úkol č. 2. Na obrázku níže je schéma Daniellova článku, složeného z měděné a zinkové elektrody, které jsou ponořeny do roztoku svých iontů o koncentraci 1.0 mol dm 3 (aktivitní koeficienty považujte za jednotkové). Standardní redoxní potenciály jsou Úkol č. 2.01 Zapište schéma článku. Úkol č. 2.02 Chemickými rovnicemi zapište děje obou poločlánků a celkovou reakci. Úkol č. 2.03 Vyjádřete Nernstovy rovnice pro každý poločlánek. Stránka 2 z 4 PS2oi8 Seminární cvičení c. I Přírodovědecká fakulta MU — Ústav chemie C4040 Pokročilá fyzikální chemie -seminář Úkol č. 2.04 Vypočtěte rovnovážné (elektromotorické) napětí celého článku. Co vyjadřuje znaménko vypočteného napětí (ne/samovolnost, viz 2.06)? [E®e^= 1.10 V] Úkol č. 2.05 Jak se změní hodnota rovnovážného (elektromotorického) napětí, bude-li koncentrace meďnatých iontů 0.1 mol dm_3 a zinečnatých iontů 0.01 mol dm 3 za předpokladu ideálního chování? [£Cu2+yCu= 0.310 V; £Zn2+/Zn = -0.819 V; Ecef\=1.129 V] Úkol č. 2.06 S využitím 2.04 vypočtěte standardní reakční Gibbsovu energii ArGe. [ArGe= -212.268 kJ mol1] Úkol č. 2.07 S využitím 2.06 vypočtěte rovnovážnou konstantu K. [K = 1.54-1037] Elektrochemický článek je tvořen měrnou (indikační) redoxní elektrodou a srovnávací (referentní) elektrodou. Jako redoxní elektroda poslouží platinový drátek ponořený do roztoku oxidované a redukované formy redoxního systému Fe2+/Fe3+. Jako srovnávací pro začátek postačí SHE. Standardní redoxní potenciály jsou při teplotě 25 °C -^Fe2+/Fe3+= +°-771 V a E^+^ = 0 V. (Pozn. je vhodné si zapsat schéma, žádoucí zapsat reakce na obou poločláncích a příslušné Nernstovy rovnice). Úkol č. 3.01 Jakou koncentraci železitých iontů je třeba přidat do roztoku chloridu železnatého o počáteční koncentraci 0.02 mol dm-3, aby potenciál měrné elektrody (vzhledem k SHE) dosáhl hodnoty 0.890 V? [cFe3+= 2.08 mol dm-3] Úkol č. 3.02 Jak se změní potenciál článku z 3.01, zaměníme-li referentní vodíkovou elektrodu za argentchloridovou, kde koncentrace chloridových aniontů je rovna 0.1 mol dm~3. Standardní redoxní potenciál této elektrody je -Elgci/Ag= +0.222 V. [£®ell = 0.549 V, Úkol č. 3 £cell=0.609 V] Stránka 3 z 4 PS2018 Přírodovědecká fakulta MU — Ústav chemie Seminární cvičení C4040 Pokročilá fyzikální chemie -č. I seminář Úkol č. 3.03 Dokažte výpočtem, zdaje děj z 3.02 ne/samovolný a vypočtěte rovnovážnou konstantu K. [ArG = -58.760 kJ mol-1, ArGe= -52.970 kJ moH, K = 1.91109] Úkol č. 3.04 Jak se změní potenciál článku z 3.02, zaměníme-li referentní vodíkovou elektrodu za standardní kalomelovou (SCE), kde koncentrace chloridových aniontů je rovna 0.01 mol dm-3. Standardní redoxní potenciál této elektrody je ^g2Ci2/Hg,cľ= +0.268 V. [£^ell = 0.503 V, £cell=o.504 V] Úkol č. 3.05 Dokažte výpočtem, zdaje děj z 3.04 ne/samovolný a vypočtěte rovnovážnou konstantu K. [ArG = -97.258 kJ moH, ArG6= -97.064 kJ moH, K = í.oi-io17] Úkol č. 4 Standardní potenciály párů -Ž^r2+/Cr= -0^913 V a -E^r3+/Cr= _o«744 V. Vypočtěte ^/Cr— ^+/Cr2+= -0-406 V] Úkol č. 5 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)? [ŕ = 3795.65 s = 1 h 3 min] Úkol č. 6 Při cerimetrické coulometrické titraci dvojmocných iontů (Ce4+ anodicky generované) byl na kalibrovaném odporu 100 íl 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? Uvažujte jednoelektronový přenos. [M = 55.85 g mol-1] Stránka 4 z 4