Æfingar

Tilgreindu hvort hvert hálfhvarf hér að neðan sé oxun eða afoxun.

(a) Fe³⁺ + 3e⁻ ⟶ Fe

(b) Cr ⟶ Cr³⁺ + 3e⁻

(c) MnO₄²⁻ ⟶ MnO₄⁻ + e⁻

(d) Li⁺ + e⁻ ⟶ Li

Tilgreindu hvort hvert hálfhvarf hér að neðan sé oxun eða afoxun.

(a) Cl⁻ ⟶ Cl₂

(b) Mn²⁺ ⟶ MnO₂

(c) H₂ ⟶ H⁺

(d) NO₃⁻ ⟶ NO

Gerðu ráð fyrir að hvert par hálfhvarfa hér að neðan eigi sér stað í súrri lausn og skrifaðu stillta jöfnu fyrir heildarhvarfið.

(a) Ca ⟶ Ca²⁺ + 2e⁻, F₂ + 2e⁻ ⟶ 2F⁻

(b) Li ⟶ Li⁺ + e⁻, Cl₂ + 2e⁻ ⟶ 2Cl⁻

(c) Fe ⟶ Fe³⁺ + 3e⁻, Br₂ + 2e⁻ ⟶ 2Br⁻

(d) Ag ⟶ Ag⁺ + e⁻, MnO₄⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ ⟶ MnO₂ + 2H₂O

Stilltu jöfnurnar hér að neðan og gerðu ráð fyrir að þær eigi sér stað í súrri lausn.

(a) H₂O₂ + Sn²⁺ ⟶ H₂O + Sn⁴⁺

(b) PbO₂ + Hg ⟶ Hg₂²⁺ + Pb²⁺

(c) Al + Cr₂O₇²⁻ ⟶ Al³⁺ + Cr³⁺

Tilgreindu oxara og afoxara í hverju hvarfi í fyrri æfingu.

Stilltu jöfnurnar hér að neðan og gerðu ráð fyrir að þær eigi sér stað í basískri lausn.

(a) SO₃²⁻(aq) + Cu(OH)₂(s) ⟶ SO₄²⁻(aq) + Cu(OH)(s)

(b) O₂(g) + Mn(OH)₂(s) ⟶ MnO₂(s)

(c) NO₃⁻(aq) + H₂(g) ⟶ NO(g)

(d) Al(s) + CrO₄²⁻(aq) ⟶ Al(OH)₃(s) + Cr(OH)₄⁻(aq)

Tilgreindu oxara og afoxara í hverju hvarfi í fyrri æfingu.

Hvers vegna koma hýdroxíðjónir ekki fyrir í jöfnum fyrir hálfhvörf sem eiga sér stað í súrri lausn?

Hvers vegna koma vetnisjónir ekki fyrir í jöfnum fyrir hálfhvörf sem eiga sér stað í basískri lausn?

Hvers vegna verður hleðslan að stemma í oxunar-afoxunarhvörfum?

Skrifaðu sellutáknun fyrir eftirfarandi selluhvörf og notaðu platínu sem óvirkt rafskaut þar sem þörf krefur.

(a) Mg(s) + Ni²⁺(aq) ⟶ Mg²⁺(aq) + Ni(s)

(b) 2 Ag⁺(aq) + Cu(s) ⟶ Cu²⁺(aq) + 2Ag(s)

(c) Mn(s) + Sn(NO₃)₂(aq) ⟶ Mn(NO₃)₂(aq) + Sn(s)

(d) 3 CuNO₃(aq) + Au(NO₃)₃(aq) ⟶ 3Cu(NO₃)₂(aq) + Au(s)

Gerðu ráð fyrir að ritin hér að neðan sýni galvaníhlöður eins og þær eru skrifaðar. Tilgreindu hálfhvörfin sem eiga sér stað í hverri þeirra.

(a) Mg(s) │ Mg²⁺(aq) ║ Cu²⁺(aq) │ Cu(s)

(b) Ni(s) │ Ni²⁺(aq) ║ Ag⁺(aq) │ Ag(s)

Skrifaðu stillta jöfnu fyrir selluhvarfið í hverri rafhlöðu í fyrri æfingu.

Stilltu hvert hvarf hér að neðan og skrifaðu sellutáknun sem sýnir hvarfið eins og það myndi gerast í galvaníhlöðu.

(a) Al(s) + Zr⁴⁺(aq) ⟶ Al³⁺(aq) + Zr(s)

(b) Ag⁺(aq) + NO(g) ⟶ Ag(s) + NO₃⁻(aq)(súr lausn)

(c) SiO₃²⁻(aq) + Mg(s) ⟶ Si(s) + Mg(OH)₂(s) (basísk lausn)

(d) ClO₃⁻(aq) + MnO₂(s) ⟶ Cl⁻(aq) + MnO₄⁻(aq) (basísk lausn)

Tilgreindu oxarann og afoxarann í hverju hvarfi í fyrri æfingu.

Notaðu sellutáknun til að lýsa eftirfarandi kerfum út frá veittum upplýsingum:

(a) Í annarri hálfsellunni myndar lausn af Pt(NO₃)₂ málminn Pt, en í hinni hálfsellunni leysist málmurinn Cu upp í Cu(NO₃)₂ lausn þar sem allur styrkur uppleystra efna er 1 M.

(b) Bakskautið samanstendur af gullrafskauti í 0,55 M Au(NO₃)₃ lausn og forskautið er magnesíumrafskaut í 0,75 M Mg(NO₃)₂ lausn.

(c) Önnur hálfsellan samanstendur af silfurrafskauti í 1 M AgNO₃ lausn, og í hinni hálfsellunni oxast koparrafskaut í 1 M Cu(NO₃)₂.

Hvers vegna er saltbrú nauðsynleg í galvaníhlöðum eins og þeirri á mynd 17.3?

Í ljós kom að virkt (málm)rafskaut jók massa sinn þegar oxunar-afoxunarhvarfið átti sér stað. Var rafskautið forskaut eða bakskaut? Útskýrðu.

Í ljós kom að virkt (málm)rafskaut tapaði massa þegar oxunar-afoxunarhvarfið átti sér stað. Var rafskautið forskaut eða bakskaut? Útskýrðu.

Massi þriggja rafskauta (A, B og C), úr þremur mismunandi galvaníhlöðum, var mældur áður og eftir að straumur fékk að renna um þær um stund. Massi rafskauts A jókst, massi rafskauts B stóð í stað og massi rafskauts C minnkaði. Tilgreindu hvort hvert rafskaut sé virkt eða óvirkt og taktu fram (ef hægt er) hvort það virkaði sem forskaut eða bakskaut.

Reiknaðu staðalíspennu fyrir hvert efnahvarf hér að neðan og taktu fram hvort hvarfið sé sjálfgengt við staðalaðstæður.

(a) Mg(s) + Ni²⁺(aq) ⟶ Mg²⁺(aq) + Ni(s)

(b) 2 Ag⁺(aq) + Cu(s) ⟶ Cu²⁺(aq) + 2Ag(s)

(c) Mn(s) + Sn(NO₃)₂(aq) ⟶ Mn(NO₃)₂(aq) + Sn(s)

(d) 3 Fe(NO₃)₂(aq) + Au(NO₃)₃(aq) ⟶ 3Fe(NO₃)₃(aq) + Au(s)

Reiknaðu staðalíspennu fyrir hvert efnahvarf hér að neðan og taktu fram hvort hvarfið sé sjálfgengt við staðalaðstæður.

(a) Mn(s) + Ni²⁺(aq) ⟶ Mn²⁺(aq) + Ni(s)

(b) 3 Cu²⁺(aq) + 2Al(s) ⟶ 2Al³⁺(aq) + 3Cu(s)

(c) Na(s) + LiNO₃(aq) ⟶ NaNO₃(aq) + Li(s)

(d) Ca(NO₃)₂(aq) + Ba(s) ⟶ Ba(NO₃)₂(aq) + Ca(s)

Skrifaðu stillta jöfnu fyrir selluhvarfið samkvæmt skýringarmyndinni hér að neðan, reiknaðu staðalíspennuna og taktu fram hvort hvarfið sé sjálfgengt við staðalaðstæður.

Cu(s) │ Cu²⁺(aq) ║ Au³⁺(aq) │ Au(s)

Ákvarðaðu selluhvarfið og staðalíspennuna við 25 °C fyrir rafhlöðu sem samanstendur af bakskautshálfsellu með silfurrafskauti í 1 M silfurnítratlausn og forskautshálfsellu með sinkrafskauti í 1 M sinknítratlausn. Er hvarfið sjálfgengt við staðalaðstæður?

Ákvarðaðu selluhvarfið og staðalíspennuna við 25 °C fyrir rafhlöðu sem samanstendur af forskautshálfsellu með kadmíumrafskauti í 1 M kadmíumnítratlausn og bakskautshálfsellu með álrafskauti í 1 M álnítratlausn. Er hvarfið sjálfgengt við staðalaðstæður?

Skrifaðu stillta jöfnu fyrir selluhvarfið samkvæmt skýringarmyndinni hér að neðan, reiknaðu staðalíspennuna og taktu fram hvort hvarfið sé sjálfgengt við staðalaðstæður. Pt(s) │ H₂(g) │ H⁺(aq) ║ Br₂(aq), Br⁻(aq) │ Pt(s)

Fyrir hvert par af gildum fyrir staðalíspennu og rafeindafjölda hér að neðan, reiknaðu samsvarandi breytingu á staðalfríorku (kJ).

(a) 0,000 V, n = 2

(b) +0,434 V, n = 2

(c) −2,439 V, n = 1

Fyrir hvert par af gildum fyrir breytingu á staðalfríorku og rafeindafjölda hér að neðan, reiknaðu samsvarandi staðalíspennu.

(a) 12 kJ/mól, n = 3

(b) −45 kJ/mól, n = 1

Ákvarðaðu staðalíspennu og íspennu við tilgreindar aðstæður fyrir rafefnafræðilegu hvörfin sem hér er lýst. Tilgreindu hvort hvert þeirra sé sjálfgengt eða ekki við hverjar aðstæður við 298,15 K.

(a) Hg(l) + S²⁻(aq, 0,10 M) + 2 Ag⁺(aq, 0,25 M) ⟶ 2 Ag(s) + HgS(s)

(b) Rafhlöðan sem gerð er úr forskautshálfsellu, sem samanstendur af álskauti í 0,015 M álnítratlausn, og bakskautshálfsellu, sem samanstendur af nikkelskauti í 0,25 M nikkel(II)nítratlausn.

(c) Rafhlöðan sem samanstendur af hálfsellu þar sem vatnslausn af brómíðjón (1,0 M) oxast í bróm í vatnslausn (0,11 M) og hálfsellu þar sem Al³⁺ (0,023 M) afoxast í álmálm.

Ákvarðaðu Δ G og Δ G ° fyrir hvert hvarf í fyrra dæmi.

Notaðu gögnin í viðauka L til að reikna jafnvægisfasta fyrir eftirfarandi hvörf. Gerðu ráð fyrir 298,15 K ef ekkert hitastig er gefið upp.

(a) AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq)

(b) CdS(s) ⇌ Cd²⁺(aq) + S²⁻(aq) við 377 K

(c) Hg²⁺(aq) + 4 Br⁻(aq) ⇌ [HgBr₄]²⁻(aq)

(d) H₂O(l) ⇌ H⁺(aq) + OH⁻(aq) við 25 °C

Hugleiddu rafhlöðu sem gerð er úr einni hálfsellu, sem samanstendur af koparskauti í 1 M CuSO₄ lausn, og annarri hálfsellu, sem samanstendur af blýskauti í 1 M Pb(NO₃)₂ lausn.

(a) Hver er staðalíspenna rafhlöðunnar?

(b) Hver eru hvörfin við forskautið, bakskautið og heildarhvarfið?

(c) Flest tæki sem hönnuð eru fyrir þurrsellur geta starfað á bilinu 1,0 til 1,5 V. Gæti þessi rafefnasella verið notuð til að búa til rafhlöðu sem gæti komið í stað þurrsellu? Hvers vegna eða hvers vegna ekki?

(d) Gerum ráð fyrir að brennisteinssýru sé bætt við hálfselluna með blýskautinu og eitthvað af PbSO₄(s) myndist. Myndi íspennan hækka, lækka eða haldast óbreytt?

Hugleiddu rafhlöðu með heildarhvarfið: Cu(s) + 2 Ag⁺(aq) ⟶ 2Ag(s) + Cu²⁺(aq).

(a) Hver eru efnahvörfin við forskautið og bakskautið?

(b) Rafhlaða er „tóm“ þegar íspenna hennar er núll. Hvert er gildi Q þegar þessi rafhlaða er tóm?

(c) Ef í ljós kom að tiltekin tóm rafhlaða hafði [Cu²⁺] = 0,11 M, hver var þá styrkur silfurjóna?

Hvers vegna tæmast rafhlöður en efnarafalar ekki?

Notaðu Nernst-jöfnuna til að útskýra spennufallið sem sést í sumum rafhlöðum þegar þær afhlaðast.

Bílarafhlöður eru oft metnar með tilliti til „kaldræsistraums“, sem er mælikvarði á getu rafhlöðunnar til að virka í köldu veðri. Stingdu upp á ástæðu til að útskýra hvers vegna geta rafhlöðu til að skila straumi minnkar við lágt hitastig. (Vísbending: Hugleiddu hvarfahraða efnahvarfa.)

Hvor málmanna í hverju pari er líklegra til að tærast (oxast)?

(a) Mg eða Ca

(b) Au eða Hg

(c) Fe eða Zn

(d) Ag eða Pt

Lítum á eftirfarandi málma: Ag, Au, Mg, Ni og Zn. Hvern þessara málma mætti nota sem fórnarskaut við bakskautsvörn á neðanjarðar stálgeymi? Stál er málmblanda sem samanstendur að mestu af járni, svo notaðu −0,447 V sem staðalskautsspennu fyrir stál.

Ál (E°_Al³⁺/Al = −2,07 V) oxast auðveldar en járn (E°_Fe³⁺/Fe = −0,477 V), en þegar bæði eru berskjölduð fyrir umhverfinu hefur ómeðhöndlað ál mjög góða tæringarvörn á meðan tæringarvörn ómeðhöndlaðs járns er léleg. Hvað gæti skýrt þessa athugun?

Ef sýni af járni og sýni af sinki komast í snertingu tærist sinkið en járnið ekki. Ef sýni af járni kemst í snertingu við sýni af kopar tærist járnið en koparinn ekki. Útskýrðu þetta fyrirbæri.

Gerum ráð fyrir að þú hafir þrjá mismunandi málma, A, B og C. Þegar málmar A og B komast í snertingu tærist B en A tærist ekki. Þegar málmar A og C komast í snertingu tærist A en C tærist ekki. Miðað við þessar upplýsingar, hvaða málmur tærist og hvaða málmur tærist ekki þegar B og C komast í snertingu?

Hvers vegna væri fórnarskaut úr litíummálmi slæmur kostur?

Ef 2,5 A straumur rennur í gegnum rafrás í 35 mínútur, hversu mörg kúlomb af hleðslu fóru í gegnum rafrásina?

Fyrir atburðarásina í fyrri spurningu, hversu margar rafeindir fóru í gegnum rafrásina?

Skrifaðu hálfhvörfin og efnahvarf rafhlöðunnar sem eiga sér stað við rafgreiningu á hverju bráðnu salti hér að neðan.

(a) CaCl₂

(b) LiH

(c) AlCl₃

(d) CrBr₃

Hvaða massi af hverju myndefni myndast í hverjum rafgreiningarklefa í fyrra dæmi ef heildarhleðsla upp á 3,33 × 10⁵ C fer í gegnum hvern klefa?

Hversu langan tíma tæki það að afoxa 1 mól af hverri af eftirfarandi jónum með því að nota tilgreindan straum?

(a) Al³⁺, 1,234 A

(b) Ca²⁺, 22,2 A

(c) Cr⁵⁺, 37,45 A

(d) Au³⁺, 3,57 A

2,345 A straumur fer í gegnum selluna á mynd 17.19 í 45 mínútur. Hvert er rúmmál vetnisins sem safnast við stofuhita ef þrýstingurinn er nákvæmlega 1 atm? (Vísbending: Er vetni eina gastegundin sem er til staðar yfir vatninu?)

Málmhlutur með óreglulegri lögun, gerður úr tiltekinni málmblöndu, var sinkhúðaður úr Zn(NO₃)₂ lausn. Þegar 2,599 A straumur var notaður tók það nákvæmlega 1 klukkustund að fella 0,01123 mm lag af sinki á hlutinn. Hvert var heildaryfirborðsflatarmál hlutarins? Eðlismassi sinks er 7,140 g/cm³.