Brandstofcel

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 5

Sk 5H Elektrochemische cellen

vervolg: accu's en brandstofcellen

voorbereiding op (C)SE

Batterijen en accu's zijn elektrochemische cellen

Hoe stromen de elektronen door de stroomdraad

1. door de stroomdraad van de min-pool naar de plus-pool
2. door de stroomdraad van de plus-pool naar min-pool
3. altijd van links naar rechts
4. altijd van rechts naar links

Een accu is een oplaadbare batterij

• Bij een oplaadbare batterij zijn de reacties omkeerbaar als je een externe stroombron (bijv. stekker in stopcontact) aansluit.
  
• Voor een oplaadbare batterij moeten de reactieproducten in de buurt van de elektrodes blijven (bijv. geen gasvorming).
• Bij het opladen vinden precies de omgekeerde halfreacties plaats zodat de beginstoffen weer ontstaan.

Loodaccu

De reacties tijdens stroomlevering:

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

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

totaalreactie tijdens stroomlevering: 

PbO₂ (s) + 4 H⁺ + 2 SO₄^2- + Pb (s)  --> 2 PbSO₄ (s)+ 2 H₂O

De reacties tijdens het opladen zijn precies omgekeerd aan de reacties tijdens stroomlevering dus: 

totaalreactie tijdens opladen: 

 2 PbSO₄ + 2 H₂O --> PbO₂ + 4 H⁺ + 2 SO₄^2- + Pb (s)

Loodaccu

totaalreactie tijdens stroomlevering: 

PbO₂(s)+ 4 H⁺ + 2 SO₄^2- + Pb(s)--> 2 PbSO₄(s)+ 2 H₂O

Je ziet dat tijdens stroomlevering zwavelzuur-oplossing omgezet wordt in een vaste stof en water.

- Wat betekent dat voor de dichtheid van de oplossing in de accu tijdens stroomlevering?

- Zou je met de dichtheid kunnen meten hoe goed de accu 'opgeladen' is?

Brandstofcel

• In een brandstof reageert een brandstof met zuurstof
• De reactieproducten zijn oxides.
• De oxidator is zuurstof (meestal uit lucht) dus vormt de + pool
• De reductor is de brandstof, deze vormt de - pool
• Bij een brandstofcel moet de brandstof (en de oxidator) continu worden aangevoerd.

Methanol-brandstofcel

Zuurstof = plus-pool [=kathode] want oxidator.

O₂+ 4H⁺ + 4e--> 2H₂O 

brandstof = min-pool [= anode] want reductor:

CH₃OH + H₂O -> CO_{2  +} 6H⁺ +  6e^-

De halfvergelijking van methanol in deze brandstofcel is.

1. 
2. 
3. 
4. 

Waterstof voor de brandstofcel maken met elektrolyse. Energietransitie

verbonden met - pool:    2H₂O +2e^- -> H₂ + 2OH^- 

verbonden met +pool 2H₂O --> 4H⁺ + 4e^- + O₂

Tijdens stroomlevering neemt de massa van de positieve koperelektrode toe met 63,5 gram.
Wat gebeurt er met de massa van de negatieve zinkelektrode.

Zn: 65,4 gram /mol

Cu: 63,5 gram / mol

1. die neemt af met 63,5 gram
2. die neemt toe met 63,5 gram
3. die neemt af met 65,4 gram
4. die neemt toe met 65,4 gram

In deze cel met een koper en zilverelektrode. Welk deeltje reageert hier bij de min-pool? En Welk deeltje bij de pluspool?

1. 
2. 
3. 
4. 

Hoe verandert de lading van het looddeeltje bij de halfvergelijking aan de postieve pool?

+ pool  

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

 

 

1. van 4- naar 2 -
2. van 4+ naar 2+
3. van 2+ naar 4+
4. van 2- naar 2+

Je kunt nu: 

• uitleggen welke energie-omzetting plaatsvindt in een elektrochemische cel.
• een elektrochemische cel beschrijven met de halfvergelijking van een oxidator en van een reductor en weet hoe de elektronenstroom gaat.
• afleiden wat de positieve en de negatieve pool is in een elektrochemische cel.
• aangeven wat er gebeurt bij het opladen van batterijen.
• uitleggen wat een brandstofcel is.

Hoe kijk je tegen het gaan beheersen van de leerdoelen aan?

-1100

Wat vind je nog moeilijk?