Normalpotentialer. Vätgaselektroden

Videogenomgång (flippat klassrum)

Plocka fram

• Zink
• Saltsyra
• Provrör
• Tändstickor

Vätgaselektroden

Låtom oss göra en liten reaktion: Zn(s) i HCl(aq)!

• Vad händer?

Zn(s) + 2H⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + H₂(g)

Också denna reaktion kan man separera, och utvinna elektrisk energi ur! 😊

Två redoxpar: Zn²⁺/Zn(s) och H⁺/H₂. Delreaktioner:

1. Oxidation: Zn(s) →Zn²⁺(aq) + 2e^–
2. Reduktion: 2H⁺(aq) + 2e^– → H₂(g)

Hur göra för att få elektrisk energi ur den reaktionen?

• Ha oxidationen i ena halvcellen, reduktionen i andra halvcellen!

Skiss av en vätgaselektrod. 1 – Platinableck; 2 – Vätgas; 3 – Syralösning med [H+] = 1 M; 4 – Vattenlås; 5 – Behållare för att koppla in den andra halvcellen.

Rita upp ett trehalsat U-rör.

• Vänstra röret: Zn(s) i ZnSO₄
• Mittenröret: NH₄NO₃
• Högra röret: Platinableck i HCl(aq).

Rör med H₂(g) som bubblar upp kring Pt-elektroden.

• Bind ihop med ledning och voltmeter. 😊

Vad händer?

1. Minuspolen: Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e^–
   • Elektronerna färdas i ledningen, utför ett litet arbete på vägen.
2. Pluspolen:
   1. Elektronerna når fram till platinableckets yta.
   2. Elektronerna reagerar med H⁺ på platinableckets yta, bildar vätgas.
   3. 2H⁺(aq) + 2e^– → H₂(g)

Några ord om platinaelektroden

Varför platina?

1. Pt leder ström väldigt bra!
2. Vätgas adsorberas lätt på platinan (löses t.o.m. lite i metallen!)
3. Pt-elektroden är indifferent (”likgiltig”)
   • Deltar inte alls i reaktionen
   • Pt är ju en mycket ädel metall, reagerar ogärna med något alls.

Cellschemat, då?

• Minuspol, ox.: Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e^–
• Pluspol, red.: 2H⁺(aq) + 2e^– → H₂(g)
• Cellreaktion, redox: Zn(s) + 2H⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + H₂(g)

Rita in i bilden med det tredelade U-röret att voltmetern visar på 0,76V!

Emk för den här cellen är mindre än för Daniells element (1,10V). Fråga eleverna, varför?

• Enkla svaret: Zn och Cu (som ingår i Daniells element) står längre ifrån varandra i elektrokemiska spänningsserien än Zn och H.
• Ett annat svar: Cu är ädlare än H, därför blir skillnaden i potential också större.

Om tid finnes: Fråga eleverna varför det är ammoniumnitrat i mittenröret, och inte HCl!

• Annars skulle HCl reagera direkt med zinkblecket i vänsterröret...

Vätgaselektroden är en referenselektrod

Man kan inte mäta elektrodpotentialen för en enda elektrod.

• Man måste alltid mäta mot någon annan elektrod!

Vätgaselektroden har man valt ut som standard – att ”nolla” mot.

Normalpotentialer

Vi kan mäta emk i följande element:

Vi säger nu att vätgaselektroden ska vara nolla!

Då har man definierat följande:

• Eftersom Cu(s) är (+)-pol, blir normalpotentialen +0,34V.

Normalpotentialen tecknas \(e^0\).

Vi kan skriva att \(e^0 = +34\text{V}\).

Vad ska man ha den därna normalpotentialen till, då?

Beräkning av emk

Om man tittar lite på det, upptäcker man snart att emk kan beräknas ur normalpotentialerna (tabell s. 120).

• \(E = e^0_{\text{pluspol}} - e^0_{\text{minuspol}}\)

Låtom oss ta ett exempel!

Vi har följande galvaniska cell:

1. Vilken blir plus- respektive minuspol?
   • Vi kan tänka kemiskt: Al är mindre ädelt än Ag, alltså kommer Al att oxideras. Då måste Al vara minuspol
   • Vi kan tänka elektrokemiskt: Al står till vänster om Ag i den elektrokemiska spänningsserien, och kommer alltså att oxideras
   • Vi kan tänka i termer av elektrodpotential: Eftersom \(e^0_{\text{Ag}} > e^0_{\text{Al}}\) (+0,80V > –1,66V) måste Al vara minuspol och Ag pluspol
2. Vilken blir cellens emk?
   • \(E = e^0_{\text{pluspol}} - e^0_{\text{minuspol}} = e^0_{\text{Ag}} - e^0_{\text{Al}} =\)
     \(= 0,80\text{V} - (-1,66\text{V}) = 2,46\text{V}\)
3. Vilken blir elektrodreaktionerna och cellreaktionen?
   • (-)-pol, ox.: Al(s) → Al³⁺(aq) + 3e^–
   • (+)-pol, red.: Ag⁺(aq) + e^– → Ag(s)
   • Cellreaktion: Al(s) + 3Ag⁺(aq) → Al³⁺(aq) + 3Ag(s)

Ett exempel till!

I en galvanisk cell har vi följande cellreaktion: Cu(s) + Cl₂(g) → Cu²⁺(aq) + 2Cl^–(aq). Skriv cellschema (med poltecken!) och beräkna emk för cellen!

Vi kan resonera såhär: Cu oxideras, alltså blir det minuspol

Vi kan också resonera såhär: \(e^0_{\text{Cu}} = +0,34\text{V}\) och \(e^0_{\text{Cl}} = +1,36\text{V}\). (Den med lägst normalpotential blir minuspol.) Cu blir alltså minuspol.

Vi beräknar emk:

\(e^0_{\text{pluspol}} - e^0_{\text{minuspol}} = e^0_{\text{Cl}} - e^0_{\text{Cu}} =\)

\(= 1,36\text{V} -0,34\text{V} = 1,02\text{V}\)

Om tid finnes: Ett exempel till (7.4)