เคมีไฟฟ้า: สรุป แบตเตอรี่ กระแสไฟฟ้า และแบบฝึกหัด

เคมีไฟฟ้าเป็นสาขาวิชาเคมีที่ศึกษาปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและการแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า

เคมีไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับการผลิตอุปกรณ์หลายอย่างที่ใช้ในชีวิตประจำวันของเรา เช่น แบตเตอรี่ โทรศัพท์มือถือ ไฟฉาย คอมพิวเตอร์และเครื่องคิดเลข

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน

ในเคมีไฟฟ้า ปฏิกิริยาที่ศึกษาคือปฏิกิริยาของ รีดอกซ์. มีลักษณะการสูญเสียและกำไรของ อิเล็กตรอน. ซึ่งหมายความว่า การถ่ายโอนอิเล็กตรอน จากสายพันธุ์หนึ่งไปสู่อีกสายพันธุ์หนึ่ง

ตามชื่อของมัน ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นในสองขั้นตอน:

• ออกซิเดชัน: การสูญเสียอิเล็กตรอน องค์ประกอบที่ทำให้เกิดออกซิเดชันเรียกว่าตัวออกซิไดซ์
• ลดกระหน่ำ: ได้รับอิเล็กตรอน องค์ประกอบที่ทำให้เกิดการลดลงเรียกว่าตัวรีดิวซ์

อย่างไรก็ตาม หากต้องการทราบว่าใครได้และใครเสียอิเล็กตรอน คุณต้องทราบเลขออกซิเดชันของธาตุ ดูตัวอย่างรีดอกซ์นี้:

สังกะสี + 2H⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + H₂(ช)

ธาตุสังกะสี (Zn²⁺) ถูกออกซิไดซ์โดยการสูญเสียอิเล็กตรอนสองตัว ในขณะเดียวกันก็ทำให้เกิดการลดลงของไฮโดรเจนไอออน ดังนั้นจึงเป็นตัวรีดิวซ์

ไอออน (H)⁺) ได้รับอิเล็กตรอนซึ่งกำลังลดลง จึงทำให้เกิดการออกซิเดชั่นของสังกะสี เป็นตัวออกซิไดซ์

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ ออกซิเดชัน.

แบตเตอรี่และกระแสไฟฟ้า

การศึกษาเคมีไฟฟ้าประกอบด้วยแบตเตอรี่และอิเล็กโทรลิซิส ความแตกต่างระหว่างสองกระบวนการคือการแปลงพลังงาน

• THE เซลล์แปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า, อย่างเป็นธรรมชาติ
• THE อิเล็กโทรไลซิสแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมีจึงไม่เกิดขึ้นเอง

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ พลังงาน.

กอง

เซลล์หรือที่เรียกว่าเซลล์ไฟฟ้าเคมีคือระบบที่เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ ประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ซึ่งรวมกันทำให้เกิด together ไฟฟ้า. หากเราเชื่อมต่อแบตเตอรี่ตั้งแต่สองก้อนขึ้นไปเข้าด้วยกัน แบตเตอรี่จะก่อตัวขึ้น

อิเล็กโทรดเป็นพื้นผิวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่เป็นของแข็งซึ่งช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนได้

• อิเล็กโทรดที่เกิดออกซิเดชันเรียกว่าแอโนดซึ่งเป็นตัวแทนของขั้วลบของแบตเตอรี่
• อิเล็กโทรดที่เกิดการรีดักชันคือแคโทด ซึ่งเป็นขั้วบวกของแบตเตอรี่

อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกและเดินตามลวดนำไฟฟ้าไปยังแคโทดซึ่งเกิดการลดลง ดังนั้นการไหลของอิเล็กตรอนจึงเปลี่ยนจากแอโนดไปยังแคโทด

อิเล็กโทรไลต์หรือสะพานเกลือเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่นำอิเลคตรอนทำให้สามารถไหลเวียนในระบบ

ในปี พ.ศ. 2379 จอห์น เฟรดริก แดเนียล ได้สร้างระบบที่กลายเป็นที่รู้จักในนาม แดเนียล ไพล์. เขาเชื่อมต่อกันด้วยลวดโลหะ ขั้วไฟฟ้าสองขั้ว

อิเล็กโทรดหนึ่งประกอบด้วยแผ่นสังกะสีโลหะจุ่มลงในสารละลายที่เป็นน้ำของซิงค์ซัลเฟต (ZnSO₄) แทนขั้วบวก

อิเล็กโทรดอีกอันประกอบด้วยแผ่นทองแดงโลหะ (Cu) แช่อยู่ในสารละลายของคอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO₄) แทนแคโทด

ที่ขั้วลบทองแดงเกิดขึ้น ในขณะเดียวกันในขั้วบวกเกิดออกซิเดชันของสังกะสี ตามปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้:

แคโทด: ตูด²⁺(aq) + 2e^- | → คู⁰(s)|
ขั้วบวก: Zn⁰(s) | → Zn²(aq) + 2e^-|
สมการทั่วไป: Zn⁰(s) + Cu²⁺(aq) | → คู⁰(s) + Zn²⁺(aq)|

"|" แสดงถึงความแตกต่างของเฟสระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์

อิเล็กโทรลิซิส

THE อิเล็กโทรลิซิส เป็นปฏิกิริยาลดการเกิดออกซิเดชันที่เกิดขึ้นในลักษณะที่ไม่เกิดขึ้นเองซึ่งเกิดจากการไหลผ่านของกระแสไฟฟ้าที่มาจากแหล่งภายนอก

อิเล็กโทรไลซิสอาจเป็นอัคนีหรือในน้ำ

อิเล็กโทรไลต์อัคนีคือสิ่งที่ถูกแปรรูปจากอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลว นั่นคือโดยกระบวนการหลอมรวม

ในอิเล็กโทรไลซิสในน้ำ ตัวทำละลายไอออไนซ์ที่ใช้คือน้ำ ในสารละลายที่เป็นน้ำ อิเล็กโทรไลซิสสามารถทำได้ด้วยอิเล็กโทรดเฉื่อยหรืออิเล็กโทรดแบบแอคทีฟ (หรือแบบรีแอกทีฟ)

แอปพลิเคชั่น

เคมีไฟฟ้ามีอยู่มากในชีวิตประจำวันของเรา ตัวอย่างบางส่วนคือ:

• ปฏิกิริยาในร่างกายมนุษย์
• การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ
• การชาร์จแบตเตอรี่
• การชุบด้วยไฟฟ้า: การเคลือบเหล็กและชิ้นส่วนเหล็กด้วยสังกะสีที่เป็นโลหะ
• ประเภทต่างๆ ในอุตสาหกรรมเคมี

สนิมในโลหะเกิดจากการออกซิเดชันของเหล็กโลหะ (Fe) เป็นไอออนบวก (Fe²+) เมื่ออยู่ในที่ที่มีอากาศและน้ำ เราสามารถพิจารณาสนิมเป็นชนิดของ การกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าเคมี. การเคลือบด้วยสังกะสีโลหะผ่านกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าจะป้องกันไม่ให้เหล็กสัมผัสกับอากาศ

การออกกำลังกาย

1. (FUVEST) - I และ II เป็นสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในน้ำ ตามความหมายที่ระบุ ภายใต้สภาวะมาตรฐาน

ผม. เฟ + Pb²⁺ → เฟ⁺² + พีบี
ครั้งที่สอง Zn + Fe²⁺ → Zn²⁺ + เฟ

การวิเคราะห์ปฏิกิริยาดังกล่าวเพียงอย่างเดียวหรือร่วมกันอาจกล่าวได้ว่าภายใต้สภาวะมาตรฐาน
ก) อิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนจาก Pb²⁺ สำหรับเฟ
b) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองต้องเกิดขึ้นระหว่าง Pb และ Zn²⁺.
ค) Zn²⁺ จะต้องเป็นตัวออกซิไดซ์ที่ดีกว่าเฟ²⁺ .
d) Zn ต้องลด Pb. ตามธรรมชาติ²⁺ ถึง PB
จ) Zn²⁺ จะต้องเป็นตัวออกซิไดซ์ที่ดีกว่าPb²⁺.

ดูคำตอบ

d) Zn ต้องลด Pb. ตามธรรมชาติ²⁺ ถึง PB

2. (Unip) วัตถุที่เป็นเหล็กหรือเหล็กกล้าสามารถป้องกันการกัดกร่อนได้หลายวิธี:
I) ครอบคลุมพื้นผิวด้วยชั้นป้องกัน
II) การนำวัตถุไปสัมผัสกับโลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้น เช่น สังกะสี
III) ให้วัตถุสัมผัสกับโลหะที่มีปฏิกิริยาน้อย เช่น ทองแดง
ถูกต้อง:
ก) ฉันเท่านั้น
b) เฉพาะ II
c) เฉพาะ III
d) เฉพาะ I และ II
จ) เฉพาะ I และ III

ดูคำตอบ

d) เฉพาะ I และ II

3. (Fuvest) ในกองประเภทที่พบได้ทั่วไปในซูเปอร์มาร์เก็ต ขั้วลบประกอบด้วยสังกะสีเคลือบด้านนอก กึ่งปฏิกิริยาที่ยอมให้สังกะสีทำหน้าที่เป็นขั้วลบคือ:
ก) Zn⁺ + และ^- → Zn
ข) Zn²+ + 2e^- → Zn
ค) สังกะสี → Zn⁺ + และ^-
ง) สังกะสี → Zn²⁺ + 2e
จ) Zn²+ + Zn → 2Zn⁺

ดูคำตอบ

ง) สังกะสี → Zn²⁺ + 2e