H17.1 - Elektrochemische cel

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Start H17 - Accu's en Brandstofcel

§17.2 - Elekctrochemische cel

Leerdoelen

Aan het einde van deze les weet je:

• wat een elektrochemische cel is en hoe deze is opgebouwd.

Aan het einde van deze les kan je:

• een schematische tekening maken van een elektrochemische cel, daarbij de verschillende onderdelen benoemen, aangeven wat de negatieve/ positieve elektrode is en de richting van de elektronen- en ionenstroom aangeven.
• Je kunt de halfreacties en de totale redoxreactie opstellen van de reactie die plaatsvindt in een elektrochemische cel.

Elektrochemische cel

Wat moet een stof bevatten om stroom te kunnen geleiden

1. Geladen deeltjes
2. Bewegende atomen
3. Vrij bewegende geladen deeltjes
4. Een batterij

Bekijk de volgende filmpjes

Ter ondersteuning of ter vervanging van de uitleg

Onderdelen elektrochemische cel

1) twee gescheiden halfcellen (één voor
    oxidator en één voor reductor) met
    elektrolyt (elektrisch geleidende
    oplossing

2) een elektrode (elektrisch geleidend
    materiaal) in elke halfcel

3) verbinding (stroomdraad) tussen
     elektroden

4) zoutbrug (gevuld met zoutoplossing)

in plaats van een zoutbrug wordt ook wel een ion-
selectief semi-permeabel membraan gebruikt

vaak van een (edel)metaal of grafiet

Demo: Daniell cel

1836: verbetering van de 'zuil van Volta' (de eerste 'batterij') door John Frederic Daniell

Welk deeltje zal als reductor reageren in de redoxreactie die plaats vindt wanneer de Daniell cel stroom levert?

1. Zn
2. Cu
3. Zn​2+​​
4. Cu​2+​​

Geef de halfreactie die optreedt in de halfcel van de reductor van de Daniell cel wanneer deze stroom levert.

De halfcel van de reductor in de Daniell cel

Welk deeltje zal als oxidator reageren in de redoxreactie die plaats vindt wanneer de Daniell cel stroom levert?

1. H​2​​​​​O
2. SO​4​2−​​
3. Zn​2+​​
4. Cu​2+​​

Geef de halfreactie die optreedt in de halfcel van de oxidator van de Daniell cel wanneer deze stroom levert.

De halfcel van de reductor én de halfcel van de oxidator in de Daniell cel

De reductor en oxidator zijn van elkaar gescheiden en kunnen dus niet direct elektronen aan elkaar overdragen. De halfcellen zijn met elkaar verbonden, waardoor de elektronen toch, via een omweg, indirect kunnen worden doorgegeven. De elektronen stromen dan...

1. via de zoutbrug van de Zn-elektrode naar de Cu-elektrode
2. via de zoutbrug van de Cu-elektrode naar de Zn-elektrode
3. via de stroomdraad van de Zn-elektrode naar de Cu-elektrode
4. via de stroomdraad van de Cu-elektrode naar de Zn-elektrode

Een batterij of elektrochemische cel heeft twee polen: een + pool en een - pool. Maar welke is de + pool en welke is de - pool in de Daniell cel?

1. de elektrode waar de reductor reageert is de + pool
2. de elektrode waar de oxidator reageert is de + pool
3. de Zn elektrode is de - pool
4. de Cu elektrode is de - pool

Elektronenstroom

Elektronen stromen buitenom via stroomdraad 

van:

de - pool (waar de reductor reageert)

naar:

de + pool (waar de oxidator reageert)

Stroomkring moet gesloten zijn om de stroom te kunnen laten lopen

=> d.m.v. zoutbrug of membraan

De ionen uit de zoutbrug zorgen dus voor de compensatie van de ladingsverschuiving. Om de stroomkring te sluiten en een stroom te laten lopen, bewegen de...

1. natriumionen uit de zoutbrug naar de linker halfcel
2. natriumionen uit de zoutbrug naar de rechter halfcel
3. chloride-ionen uit de zoutbrug naar de linker halfcel
4. chloride-ionen uit de zoutbrug naar de rechter halfcel

De ladingsverschuiving door de halfreacties moet worden gecompenseerd. Om de stroomkring te sluiten en een stroom te laten lopen, bewegen de...

1. elektronen via de zoutbrug van de rechter halfcel naar de linker halfcel
2. elektronen via de zoutbrug van de linker halfcel naar de rechter halfcel
3. ionen uit de ene halfcel stromen via de zoutbrug naar de andere halfcel
4. de + en - ionen uit de zoutbrug stromen elk naar een andere halfcel

Sluiten van stroomkring

Linker halfcel:

Door ontstaan van Zn2+ ionen, moeten Cl- ionen uit de zoutbrug naar links

(om de ontstane + lading te compenseren)

Rechter halfcel:

Door verdwijnen van Cu2+ ionen, moeten Na+ ionen uit de zoutbrug naar rechts

(om de verdwenen + lading te compenseren)

Halfcel van reductor

Halfcel van oxidator

- pool

+ pool

e- stroomt hierheen

e- stroomt hier weg

+ ionen stromen hierheen

- ionen stromen hierheen

Cu elektrode in Daniell cel

Zn elektrode in Daniell cel

elektrode neemt e- op

elektrode geeft e- af

Bronspanning

Bronspanning of celspanning is spanning die cel (batterij) levert.

  

Te berekenen m.b.v. standaard elektropotentialen U0 (V) uit Binas 48

(meest rechter kolom).

Cel levert stroom wanneer celspanning > 0.

De bronspanning van de Daniell cel is

1. +0,42 V
2. -0,42 V
3. +1,10 V
4. -1,10 V

Ter aanvulling

Indien je een elektrode nodig hebt die zelf niet mee doet maar wel de elektronen kan doorgeven, kies je voor een koolstof-elektrode of platina-elektrode. 

Samengevat

Elektrochemische cel:

• Batterij of accu
• Oxidator en reductor bevinden zich apart van elkaar, maar zijn verbonden
  via een stroomdraad en een zoutbrug/membraan.
• Beweging van ionen en elektronen zorgt voor een elektrische stroom.
• Elektrode waar oxidator reageert = positieve elektrode
• elektrode waar reductor reageert = negatieve elektrode
• elektronen gaan altijd van - naar + !!! Van red naar ox!!
• Bronspanning = V0ox - V0red

Maak onderstaande opgave in je schrift: 

(je kunt op de volgende slide een foto inleveren)

Teken een elektrochemisch cel met daarin de volgende elementen:

• halfcel 1: lood elektrode met daarin lood(II)nitraat oplossing
• halfcel 2: zink elektrode met daarin zinknitraat oplossing
• zoutbrug gevuld met KBr oplossing
• en verbind het geheel zodat de reactie kan verlopen. 

lever de foto in van de vorige vraag

welk deeltje reageert als oxidator?

1. Pb​2+​​
2. Pb
3. Zn​2+​​
4. Zn

welk deeltje reageert als reductor?

1. Pb​2+​​
2. Pb
3. Zn​2+​​
4. Zn

Door de vorige 2 vragen goed te beantwoorden kun je nu de totaal reactie geven.

Is de lood elektrode de + of - pool

1. + pool
2. - pool

Bereken de cel-spanning van de elektrochemische cel

Leerdoelen

• Je leert wat een elektrochemische cel is en hoe deze is opgebouwd.
• Je kunt een schematische tekening maken van een elektrochemische cel, daarbij de verschillende onderdelen benoemen, aangeven wat de negatieve/positieve elektrode is en de richting van de elektronen- en ionenstroom aangeven.
• Je kunt de halfreacties en de totale redoxreactie opstellen van de reactie die plaatsvindt in een elektrochemische cel.

Hoe goed begrijp je nu REDOX?

Maken

Maak nu de volgende opdracht(en):

• §17.1 -> opdr. 1
• §17.2 -> opdr. 6, 7, 8, 9