Springen naar inhoud

Vraag elektrolyse in serieschakeling



  • Log in om te kunnen reageren

#1

Richard87

    Richard87


  • 0 - 25 berichten
  • 14 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 24 juli 2013 - 19:45

Beste mensen van het wetenschapsforum,

Mijn naam is Richard en ben aan het voorbereiden op een CCVS examen scheikunde (VWO). Op dit moment ben ik wat hulp nodig bij het oplossen van een elektrolyse vraagstuk. De complete vraag met opstelling staat op de onderstaande afbeelding weergegeven. Ik loop vast bij opgave D en E maar hierdoor krijg ik het idee dat ik de voorgaande opgaven wellicht ook niet juist gedaan heb.

Opgave 3.jpg


Ik zal mijn uitwerkingen van de opgaven hier nu weergeven:


Oxidatoren links: Na+ (zeer zwak), H2O (sterkst)
Reductoren links: Br-

Oxidatoren rechts: Cu2+, SO42- (zwakker)
Reductoren rechts: Cu


a. Aan de P pool is door de negatieve pool van de batterij een overschot aan elektronen, met als gevolg dat de sterkste oxidator (H2O) uit de oplossing reageert.


b. 2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-


c. 0,100 mA * 3600 s = 360*10-3 C

360*10-3 / 9,65*104 = 3,73*10^-6 elektronen

Dit vormt dan 1,87*10-6 mol H2

V = NRT/p
V = (1,87*10-6 * 8,3145 * 298) / 1,01325*105
V = 45,7*10-9 m3 (= 45,7*10-3 dm3)


Knelpunt!!: Hier loop ik op vast:
d. - Oplossing rechts: CU2+ is de sterkste oxidator en haalt elektronen af van de R elektrode. Hierbij 'groeit' de massa van de R staaf. De R elektrode wordt positief geladen.

- Oplossing links: Doordat R positief is zal het tekort aan elektronen in elektrode R gehaald worden vanuit de Pt elektrode. De Pt pool zal negatief en de reductor (Br-) zal hier reageren. Broom zal gevormd worden aan Pt kant (Q elektrode).

Klopt dit?

e. Cu aan elektrode S lost op en wordt Cu2+, echter de Cu2+ wordt opgenomen aan de elektrode R. Er is in totaal geen masssaverlies.

Is dit dan ook juist?


Mijn knelpunt zit vooral in het feit dat in de rechter oplossing de sterkste oxidator direct reageert met mijn sterkste reductor (CU en CU2+), daardoor heb ik het idee dat mijn interpretatie van de opgave niet meer klopt.

Ik hoop dat jullie mij hierin meer duidelijkheid kunnen geven!

Met vriendelijke groet,

Richard

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Margriet

    Margriet


  • >1k berichten
  • 2145 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 24 juli 2013 - 21:01

Vooraf. Het gaat hier om twee elektrolyse opstellingen die serie geschakeld zijn. Ik adviseer eens te kijken naar de richting van de elektronenstroom. Wat is de richting van de elektronenstroom door de verbindingsdraad tussen elektrode Q en R en bij welke elektroden worden elektronen opgenomen en bij welke afgestaan?

a. Aan de P pool is door de negatieve pool van de batterij een overschot aan elektronen, met als gevolg dat de sterkste oxidator (H2O) uit de oplossing reageert.

b. 2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-

Dit is de reactie aan elektrode P.


c.
V = 45,7*10-9 m3 (= 45,7*10-3 dm3)

Kommafout doordat je neemt 0,100 mA in plaats van 100 mA. Verder goed.

Bij d wordt gevraagd naar de reactie bij de Q elektrode. Eerder schreef je dat er broom wordt gevormd, dat is goed. Wat is de reactievergelijking en worden er dan elektronen aan Q afgestaan of van Q opgenomen?

Nu e.

d. - Oplossing rechts: CU2+ is de sterkste oxidator en haalt elektronen af van de R elektrode. Hierbij 'groeit' de massa van de R staaf.

Dat is juist.
Stel ook hier eens de reactievergelijking van op.

e. Cu aan elektrode S lost op en wordt Cu2+,

Ok weer geef de reactievergelijking en worden er dan elektronen afgestaan aan S of opgenomen van
S?

Tel nu de reactievergelijking van d en e bij elkaar op. Is er massaverlies?

#3

Richard87

    Richard87


  • 0 - 25 berichten
  • 14 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 24 juli 2013 - 21:58

Hey Marieke, heel erg bedankt voor de snelle reactie!

In de eerste zin schrijf je direct al te kijken naar de elektronenstroom, deze elektronenstroom tussen Q en R is toch alleen te bepalen op basis van de reacties in de oplossingen? Of kun je zeggen dat er elektronen van de Q elektrode opgenomen worden door de linker oplossing, de linker oplossing negatief is geworden en er dus wel een stroom moet lopen van Q (-) naar R (+)? Ik heb bij het maken van de opgave bij het verbindingsstuk vooral gekeken naar wat is m'n sterkste oxidator en waar kan die mee reageren.

Als ik de opgave opnieuw zou maken volgens uw manier van werken zou ik het zo doen:

Aan de P elektrode is een overschot elektronen aanwezig, deze elektronen kunnen worden opgenomen door de sterkste oxidator in de oplossing (H2O).
2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-

Dit zorgt ervoor dat de linker oplossing negatief geladen wordt.
Broom is de sterkste reductor in de linker oplossing en staat elektronen van de negatieve oplossing af aan de Q elektrode, vergelijking:
2Br- ---> Br2 + 2e-

Aan de S elektrode komt nu een overschot aan elektronen aan, de sterkste oxidator in de rechter oplossing zal hieraan reageren. CU wordt hierbij gevormd aan de R elektrode. (vraag zie * onderaan de pagina) vergelijking:
CU2+ + 2e ---> CU

In de elektrode S is sprake van een elektronen tekort die weggezogen worden door de batterij, de reductor in de rechteroplossing is denk ik H2O (klopt dit?) door de scheiding tussen de oplossingen. Reactievergelijking:
2H2O --> O2 + 4H+ + 4e-

Ik moet zeggen ik begin nu op dit moment weer een beetje door de war te raken, CU kan helemaal geen elektronen opnemen het is immers een reductor. De S staaf met CU zal toch alleen oplossen als er elektronen geoxideerd worden? De enige manier wat ik me kan bedenken is dat CU oplost juist doordat de batterij elektronen wegzuigt en er dus geen stoffen uit de oplossing reageren met de S elektrode.

Ik hoop dat vooral dit laatste stukje me nog wat duidelijker gemaakt kan worden. :cry:

*Ik heb hier een vraag over: waarom zou de oxidator CU2+ niet de CU ook oxideren, waarbij de CU van de elektrode in oplossing zou gaan? Komt dit omdat de oxidator niet BOVEN maar gelijk aan de reductor is in het BINAS boekje?)

#4

Margriet

    Margriet


  • >1k berichten
  • 2145 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 24 juli 2013 - 23:02

In de eerste zin schrijf je direct al te kijken naar de elektronenstroom, deze elektronenstroom tussen Q en R is toch alleen te bepalen op basis van de reacties in de oplossingen?

Nee, dat is niet juist. Er is een spanningsbron die zorgt dat er een stroom geleid wordt door de oplossingen waardoor er aan de elektroden chemische reacties plaatsvinden. De spanningsbron bepaalt de (elektronen)stroomrichting. De elektronen stromen van min naar plus.

Aan de P elektrode is een overschot elektronen aanwezig, deze elektronen kunnen worden opgenomen door de sterkste oxidator in de oplossing (H2O).
2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-

Dit zorgt ervoor dat de linker oplossing negatief geladen wordt.
Broom is de sterkste reductor in de linker oplossing en staat elektronen van de negatieve oplossing af aan de Q elektrode, vergelijking:
2Br- ---> Br2 + 2e-

Ja, zo zou je het kunnen zien.

Aan de S R elektrode komt nu een overschot aan elektronen aan, de sterkste oxidator in de rechter oplossing zal hieraan reageren. Cu wordt hierbij gevormd aan de R elektrode. Cu2+ + 2e ---> Cu

Eens.
Er is nu een overschot aan SO4 2- er is immmers Cu2+ uit de oplossing verdwenen.

In de elektrode S is sprake van een elektronen tekort die weggezogen worden door de batterij,

Klopt en in de oplossing is er SO42- teveel. Maar sulfaat kan geen elektronen afstaan.
Welk deeltje kan wel elektronen afstaan?

.. waarom zou de oxidator Cu2+ niet de Cu ook oxideren, waarbij de Cu van de elektrode in oplossing zou gaan?

schrijf eens de reactievergelijking op van de reactie van Cu2+ met Cu.

#5

Richard87

    Richard87


  • 0 - 25 berichten
  • 14 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 24 juli 2013 - 23:30

schrijf eens de reactievergelijking op van de reactie van Cu2+ met Cu.


Daarmee bedoelde ik de CU reactie aan elektrode R en daar vergiste ik me in, namelijk: stel nu dat er heel veel CU2+ blijft oxideren van CU (van elektrode R) en CU vormt CU2+. Tegelijkertijd wordt er CU gevormd door de oxidator en zou er dus niets gebeuren (tenminste ik denk dat het zo werkt).

Dan het volgende: In elektrode S is een tekort aan elektroden, die zijn immers weggetrokken door de batterij. Maar wat me nu nog niet duidelijk is, is het volgende:
1. CU is een reductor en kan toch helemaal geen elektronen opnemen, of is dit nu wel mogelijk doordat de batterij elektronen weggetrokken heeft?
2. Volgens mij kan door de scheiding alleen H2O uit de oplossing elektronen afstaan, met als vergelijking:
2H2O --> O2 + 4H+ + 4e-

Echter daar neemt de massa van elektrode S niet door af. Ik zie iets over het hoofd, of snap iets niet ik weet echter nog niet wat dat is. :)

#6

Margriet

    Margriet


  • >1k berichten
  • 2145 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 25 juli 2013 - 12:21

.... Ik zie iets over het hoofd, of snap iets niet ik weet echter nog niet wat dat is.. .

Die indruk heb ik ook, maar ik kan de vinger niet op de zere plek leggen. Daarom stel ik voor even vanaf het begin te kijken wat er hier nu gebeurt en te zien of je het dan met me eens bent.

1. Als je twee koperstaafjes in een oplossing van kopersulfaat plaatst gebeurt er verder niets.

2. Als je een spanningsbron aansluit op de koperstaafjes (elektroden) en er gaat een stroom lopen dan stromen de elektronen bij (we beperken ons tot de rechter oplossing) R de oplossing in en bij S de oplossing uit.

3. Er stromen evenveel elektronen de oplossing in als er uit stromen.

Kun je je hierin vinden?

#7

mathfreak

    mathfreak


  • >1k berichten
  • 2463 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 juli 2013 - 12:51

Let op je notatie. Het chemisch symbool voor koper wordt genoteerd als Cu. Zie in dat verband tevens het overzicht van de chemische namen van de elementen in Binas.
"Mathematics is a gigantic intellectual construction, very difficult, if not impossible, to view in its entirety." Armand Borel

#8

Richard87

    Richard87


  • 0 - 25 berichten
  • 14 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 25 juli 2013 - 16:35

Kun je je hierin vinden?


Ja, daar ben ik het mee eens. :)

De elektrode S moet elektronen opnemen uit de oplossing en een reductor moet deze gaan afgeven aan deze elektrode. (Zelf denk ik doordat SO42- geen reductor is, H2O dit zal moeten doen)

#9

Margriet

    Margriet


  • >1k berichten
  • 2145 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 25 juli 2013 - 17:20

OK, maar nog even een tussenstap voordat we naar de sterkste reductor gaan kijken.

4. Bij R stromen de elektronen de oplossing in. Water geleidt de stroom niet of nauwlijks en er moet dus een deeltje zijn dat de elektronen opneemt. Een deeltje dat elektronen op kan nemen heet een oxidator.
Er is dus een oxidator aanwezig.

5. Bij S stromen de elektronen de oplossing uit en er is dus op dezelfde manier geredeneerd een deeltje aanwezig dat elektronen kan afstaan, een reductor dus.

6. In Binas staat een tabel met standaard elektrode potentialen.

In de linker kolom staan de oxidatoren. De sterkste oxidator (bij mij F2) staat links boven.

In de rechter kolom staan de (geconjugeerde = samenwerkende) reductoren.
De sterkste reductor (in mijn oude Binas: Li ) staat rechts onder.

Nog steeds eens?

#10

Richard87

    Richard87


  • 0 - 25 berichten
  • 14 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 25 juli 2013 - 17:34

Ja dat is ook duidelijk :)

#11

Margriet

    Margriet


  • >1k berichten
  • 2145 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 25 juli 2013 - 17:57

Het is je bekend dat als er meer oxidatoren zijn, de sterkste reageert.


In het rechter bekerglas zijn de volgende deeltjes aanwezig : Cu, Cu2+ , SO42- en H2O.


Welke deeltjes kunnen elektronen opnemen en zijn dus oxidatoren ?

En welk deeltje is de sterkste oxidator ?


Welke deeltjes kunnen elektronen afstaan zijn dus reductoren ?

En welk deeltje is de sterkste reductor ?

#12

Richard87

    Richard87


  • 0 - 25 berichten
  • 14 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 25 juli 2013 - 18:03

Reductoren: Cu en H2O ---> Cu is de sterkste reductor.
Oxidatoren: Cu2+ en H2O --> Cu2+ is de sterkste oxidator

#13

Margriet

    Margriet


  • >1k berichten
  • 2145 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 25 juli 2013 - 18:27

Ja, dat is goed. En nu nog het antwoord op deelvraag e.

Hoe verandert de massa van de elektroden R en S ? (Het wordt niet gevraagd maar ik zou toch aanraden de halfreacties op te stellen van de reacties die plaatsvinden aan de elektroden R en S.)

En waarom blijft de totale massa gelijk? (Waarom is het niet mogelijk dat er meer Cu gevormd wordt dan er als Cu2+ in oplossing gaat of andersom ?)

#14

Richard87

    Richard87


  • 0 - 25 berichten
  • 14 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 25 juli 2013 - 18:43

Aan elektrode R gebeurd het volgende:

Cu2+ + 2e ---> Cu

Er ontstaat dus Cu aan deze pool.

Aan de S elektrode geeft Cu elektronen af volgens de volgende vergelijking:
Cu --> Cu2+ + 2e-
Ik heb nog wel een vraag (je zult vast moe van me worden), de Cu die hier oplost, betekend dit dat de elektrode S langzaam oplost en kleiner wordt?


Netto gaat er geen massa verloren, er kan ook niet meer opgelost of gevormd worden doordat ze van elkaar afhankelijk zijn en de het elektronenverschil ook overal 'doorgegeven wordt'.

#15

Margriet

    Margriet


  • >1k berichten
  • 2145 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 25 juli 2013 - 19:20

Ja, dat klopt. De S elektrode lost op en wordt daardoor dunner en de R elektrode groeit met dezelfde hoeveelheid koper aan.

Dat het elektronenverschil doorgegeven wordt zou ik noemen dat de stroomsterkte in een stroomkring overal gelijk is waardoor er bij R evenveel elektronen worden opgenomen (door Cu2+ ) als er bij S worden afgestaan (door Cu).

Ik doe dit overigens graag hoor.

Nu f nog?






Also tagged with one or more of these keywords: scheikunde

0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures