DWMED

Zbudowano ogniwo chemiczne z następujących półogniw redoks:

Fe³⁺ + ē ⇄ Fe²⁺                                                        E^o = +0,771 V

MnO₄^– + 8H⁺ + 5ē ⇄ Mn²⁺ + 4H₂O                  E^o = +1,503 V

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Napisz sumaryczne równanie reakcji chemicznej przebiegającej podczas pracy tego ogniwa oraz oblicz jego SEM w stanie standardowym.

Zbudowano ogniwo chemiczne z następujących półogniw redoks:

Fe³⁺ + ē ⇄ Fe²⁺                                                        E^o = +0,771 V

MnO₄^– + 8H⁺ + 5ē ⇄ Mn²⁺ + 4H₂O                  E^o = +1,503 V

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Spośród jonów potencjałotwórczych znajdujących się w opisanym ogniwie chemicznym wybierz i napisz wzór sumaryczny tego, który jest najsilniejszym utleniaczem. Określ barwę roztworu związku chemicznego zawierającego wybrany przez Ciebie jon, jeśli w układzie nie będzie obecna żadna inna drobina nadająca zabarwienie.

Wartość potencjału redoks półogniwa Pt|Fe²⁺, Fe³⁺ zależy od stężenia molowego każdego z jonów (Fe²⁺ oraz Fe³⁺) i w temperaturze 25 ^oC wyraża się zależnością zwaną równaniem Nernsta w postaci:

W wyrażeniu tym E^o to standardowy potencjał redoks półogniwa o wartości 0,771 V, natomiast [Fe³⁺] oraz [Fe²⁺] są stężeniami molowymi jonów potencjałotwórczych.

W temperaturze 25 ^oC zbudowano ogniwo chemiczne z dwóch półogniw Pt|Fe²⁺, Fe³⁺. W pierwszym z nich stężenie jonów Fe³⁺ było takie samo jak stężenie jonów Fe²⁺ w drugim półogniwie i wynosiło 0,5 mol·dm^–3. Stężenia pozostałych jonów potencjałotwórczych w tych półogniwach odpowiadały stężeniu jonów chlorkowych w roztworze HCl o pH = 2.

Oblicz SEM opisanego ogniwa chemicznego w temperaturze 25 ^oC.

W stanie równowagi (gdy ogniwo chemiczne uległo wyczerpaniu) standardową siłę elektromotoryczną ogniwa w temperaturze 298 K opisuje wyrażenie:

Wielkość K to stała równowagi reakcji redoks przebiegającej podczas pracy ogniwa,  natomiast n to liczba moli elektronów wymienionych między utleniaczem i reduktorem.

Na podstawie: K.-H. Lautenschläger i inni, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2018.

Oblicz stałą równowagi reakcji w temperaturze 298 K, przebiegającej w pracującym ogniwie zbudowanym z półogniw – cynkowego oraz kadmowego.

Dla reakcji przebiegającej w ogniwie:

wyrażenie opisujące siłę elektromotoryczną w temperaturze 298 K przyjmuje postać:

W wyrażeniu tym E^ө to standardowa (obliczona dla stanu standardowego) siła elektromotoryczna ogniwa, natomiast to stężenia molowe kationów metali. Miarą skłonności reakcji do zachodzenia jest wyrażona w dżulach (J) entalpia swobodna, którą w przypadku ogniw chemicznych opisuje wyrażenie:

ΔG = –n·F·E

W podanym wzorze F jest stałą Faradaya, natomiast w obu wymienionych wzorach n to liczba moli elektronów wymienionych między utleniaczem i reduktorem. Gdy wartość zmiany entalpii swobodnej jest ujemna, proces przebiega samorzutnie, a jeśli ΔG = 0, układ znajduje się w stanie równowagi chemicznej, co w praktyce oznacza, że ogniwo zostało wyczerpane. Dodatnia wartość zmiany entalpii swobodnej informuje, że reakcja może przebiegać już tylko w sposób wymuszony.

P. W. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

W pewnej chwili, w ogniwie kadmowo-niklowym stwierdzono, że stężenie jonów Cd²⁺ wynosi 0,025 mol·dm^–3, natomiast jonów Ni²⁺ 0,011 mol·dm^–3.

Ustal na podstawie niezbędnych obliczeń, czy od podanego momentu, w temperaturze 298 K z ogniwa tego można w dalszym ciągu czerpać energię elektryczną.

Dla reakcji przebiegającej w ogniwie:

wyrażenie opisujące siłę elektromotoryczną w temperaturze 298 K przyjmuje postać:

W wyrażeniu tym E^ө to standardowa (obliczona dla stanu standardowego) siła elektromotoryczna ogniwa, natomiast to stężenia molowe kationów metali. Miarą skłonności reakcji do zachodzenia jest wyrażona w dżulach (J) entalpia swobodna, którą w przypadku ogniw chemicznych opisuje wyrażenie:

ΔG = –n·F·E

W podanym wzorze F jest stałą Faradaya, natomiast w obu wymienionych wzorach n to liczba moli elektronów wymienionych między utleniaczem i reduktorem. Gdy wartość zmiany entalpii swobodnej jest ujemna, proces przebiega samorzutnie, a jeśli ΔG = 0, układ znajduje się w stanie równowagi chemicznej, co w praktyce oznacza, że ogniwo zostało wyczerpane. Dodatnia wartość zmiany entalpii swobodnej informuje, że reakcja może przebiegać już tylko w sposób wymuszony.

P. W. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Ustal na podstawie niezbędnych obliczeń, przy jakiej wartości stężenia molowego jonów Co²⁺ ogniwo kobaltowo-niklowe przestanie pracować w temperaturze 298 K, jeśli stężenie jonów Ni²⁺ wyniesie wówczas 0,15 mol·dm^–3. Wynik podaj z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.

W skład proszku do pieczenia wchodzą zwykle dwa związki chemiczne – wodorowęglan sodu (soda oczyszczona) lub wodorowęglan amonu (tzw. amoniak do pieczenia). W temperaturze wypieku równej 180 ^oC oba rozkładają się z wydzieleniem gazowych produktów, przy czym podczas rozkładu sody oczyszczonej powstaje dodatkowo związek chemiczny o stałym stanie skupienia, zawierający 43,4% sodu.

Do wypieku 600 g ciasta (1000 hPa) wykorzystano 15 g wodorowęglanu amonu. Gazowe produkty reakcji jego rozkładu spowodowały spulchnienie ciasta.

Jaką objętość będą zajmować poszczególne produkty rozkładu wodorowęglanu amonu w warunkach normalnych oraz w warunkach wypieku ciasta?

Do 27 g wody destylowanej dodano 6 g tlenku potasu i  uzupełniono wodą do objętości 150 cm³. Z uzyskanego w ten sposób roztworu pobrano 20 cm³ próbki za pomocą której zobojętniono 40 cm³ roztworu kwasu siarkowego(VI).

Oceń poprawność poniższych zdań wpisując literę „P” (prawda) lub literę „F” (fałsz).

W pięciu kolbach miarowych (250 cm³ każda) umieszczono 0,5-molowe, wodne roztwory następujących związków chemicznych:

1) NaOH               2) HCOOH               3) HCl                 4) H₂SO₄                  5) NH₃

Uszereguj wymienione roztwory według wzrastającego stężenia jonów wodorowych.

Do 150 gramów 10-procentowego wodnego roztworu glukozy wprowadzono porcję tego cukru o masie 30 g i całkowicie rozpuszczono.

Oblicz stężenie procentowe uzyskanego roztworu.

W wodnym roztworze chlorku potasu o stężeniu równym 10% rozpuszczono próbkę tej soli zawierającą 0.2 mola jonów potasu, uzyskując w ten sposób roztwór o stężeniu 15%.

Oblicz masę wyjściowego roztworu chlorku potasu.

W laboratorium dysponowano 280 gramami 20-procentowego wodnego roztworu azotanu(V) srebra.

Oblicz, jaką masę tej soli należy wprowadzić do podanego roztworu, aby po jej rozpuszczeniu uzyskać roztwór o stężeniu 30%?

W laboratorium dysponowano 280 gramami 20-procentowego wodnego roztworu azotanu(V) srebra.

Oblicz, jaką masę roztworu o stężeniu 50% można uzyskać na drodze odparowania wody z opisanego roztworu?

Gęstość 40% roztworu azotanu(V) srebra w temperaturze 25 ^OC wynosi 1,48 g/cm³.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Oblicz, jaką masę wody należy odparować, aby ze 150 g podanego w informacji wprowadzającej roztworu otrzymać roztwór 50-procentowy?

Wodny roztwór kwasu azotowego(V) o stężeniu 65% w temperaturze 298 K ma gęstość 1,4 g/cm³.

W jakim stosunku objętościowym należy zmieszać ze sobą 65% roztwór kwasu azotowego(V) z 0,1-molowym roztworem tego kwasu, aby uzyskać roztwór 2-molowy?