H17.3 - Accu's en brandstofcellen

• Scheikunde
• Voortgezet speciaal onderwijs
• Middelbare school
• havo
• Leerroute H
• Leerroute 5
• Leerjaar 5

§17.3 - Accu's en brandstofcellen

Leerdoelen

Na deze paragraaf kan ik...:

• hoe accu's werken
• uitleggen wat een brandstofcel is
  
• uitleggen hoe een brandstofcel werkt
• 
  

Redoxreacties / herhaling

    Kopersulfaat en ijzer

Herhaling redoxreacties

De Cu²⁺ ionen verdwijnen uit de oplossing en er ontstaat een laagje koper op het ijzer.

Cu²⁺(aq)  wordt  Cu(s)

De koperionen raken hun lading kwijt dat kan alleen als de koperionen elektronen opnemen.

Cu²⁺(aq) + 2e-  --> Cu (s)

Herhaling redoxreacties

Je kunt met bloedloogzout aantonen dat er Fe²⁺ ionen ontstaan.

Fe(s) wordt  Fe²⁺ (aq)

De ijzerionen kunnen alleen ontstaan door elektronen of te geven.

Fe(s) -->  Fe²⁺(aq) + 2e-

Herhaling Oxidator / reductor

Oxidator: Deeltje dat bij een reactie elektronen opneemt

Reductor: Deeltje dat bij een reactie elektronen afstaat.

Er is sprake van halfreacties, deze staan in binas 48.

Herhaling Halfreacties optellen

Oxidator: Cu²⁺(aq) + 2e-  --> Cu (s)

Reductor: Fe(s) --> Fe²⁺(aq) + 2e-

-----------------------------------------------------------------------

Totale reactie: Cu²⁺(aq) + Fe(s) --> Cu(s) + Fe²⁺(aq)

Redoxreactie op afstand - Elektrochemische cel

Elektrochemische cel

In deze cel vindt een redoxreactie plaats.

Oxidator: Cu²⁺(aq)

Reductor: Zn(s)

De zoutbrug zorgt voor de verbinding tussen de twee oplossingen, 

de zoutbrug bevat vrije ionen, deze zorgen voor het lading transport

Reactie

Zn(s) -->  Zn²⁺ + 2e-

Cu²⁺ + 2e- -->  Cu(s)

Reductor: negatieve pool

Oxidator: positieve pool

Filmpje 1

Werking van loodaccu's

Loodaccu

Halfreacties accu

De accu bestaat uit een plaat lood. Pb(s) en een plaat lood(IV)oxide, PbO₂  (s). 

Deze platen staan in verdund zwavelzuur dat als elektrolyt dient. Als de accu stroom moet leveren, werkt de loodplaat als reductor en en lood(IV)oxideplaat als oxidator

Halfreacties accu

Reductor: Pb(s) -->  Pb²⁺(aq) + 2e-

Oxidator: PbO₂(s) + 4H⁺(aq) + 2e- -->  Pb²⁺ + 2H₂O(l)

Het ontstane Pb²⁺ gaat met de sulfaationen uit het accuzuur reageren waarbij vast loodsulfaat ontstaat.

Pb²⁺ (aq) + SO₄^2- (aq) --> PbSO4 (s)

Halfreacties accu

In tabel 48 staan de halfreacties voor deze accu:

Red: Pb(s) + SO₄^2-(aq) -->  PbSO₄(s) + 2e-

Ox: PbO₂(s) + SO₄^2-(aq) + 4H⁺(aq) + 2e- --> PbSO₄(s) + 2H₂O(l)

Opladen van een accu

Bij het opladen van de accu stuurt de dynamo een stroom door de accu waardoor de omgekeerde halfreacties aan de elektroden plaatsvinden:

PbSO4(s) + 2e- --> Pb(s) + SO₄^2-(aq)

PbSO₄(s) + 2H₂O(l) --> PbO₂(s) + SO₄^2-(aq) + 4H⁺(aq) + 2e-

Filmpje 2

Werking brandstofcellen

Brandstofcel

Het verschil tussen een accu en een brandstofcel is dat in een brandstofcel continu de reagerende stoffen aan- en afgevoerd moeten worden. Dit in tegenstelling tot de reagentia in een batterij of accu, die zitten opgeslagen in een gesloten systeem.

Waterstof-brandstofcel

Halfreacties

H₂(g) --> 2H⁺ (aq) + 2e- 2x

O₂(g) + 4H⁺ + 4e- --> 2H₂O 1x

Optellen:

2H₂(g) + O₂(g) + 4H⁺(aq) --> 2H₂O (l) + 4H⁺(aq)

Links en rechts 4H+ wegstrepen.

2H₂(g) + O₂(g) --> 2H₂O (l)

methanol-brandstofcel

Reactie methanol-brandstofcel

Red: CH₃OH + H₂O --> CO₂ + 6H⁺ + 6e-

Ox: O2 + 4H⁺ + 4e- --> 2H₂O

Na het gelijk maken van het aantal elektronen, optellen en wegstrepen van H⁺ ontstaat de vergelijking voor de volledige verbranding van methanol.

Geef deze reactievergelijking

Reactievergelijking na optellen

Na het gelijk maken van het aantal elektronen, optellen en wegstrepen van H+ ontstaat de vergelijking voor de volledige verbranding van methanol.

2CH₃OH(aq) + 3O₂(g) --> 2CO₂ (g) + 4H₂O(l)

Maken

Maak nu de volgende opdracht(en):

• §17.3 -> opdr. 12, 13, 14