11.4 accu's en brandstofcellen

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 5

Par 11.4 accu's en brandstofcellen

Herhaling par 11.3 redoxreacties.

Uitleg par 11.4 accu’s en brandstofcellen

Huiswerk: dag / datum / lesuur

Maken opgave 35 bladzijde 91

Planning

• Herhaling redox en reodx op afstand 
  


• Opladen 
  
• Brandstofcel 

Redoxreacties / herhaling

    Kopersulfaat en ijzer

Uitleg 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)

Uitleg 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-

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.

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

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

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-

Een accu is een oplaadbare batterij

• BIj een oplaadbare batterij zijn de reacties omkeerbaar als je een externe stroombron aansluit.
  
• Voor een oplaadbare batterij moeten de reactieproducten in de buurt van de elektrodes blijven.
• Bij het opladen vinden precies de omgekeerde halfreacties plaats.

Loodaccu

De reacties tijdens stroomlevering:

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

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

De reacties tijdens het opladen zijn precies omgekeerd aan de reacties tijdens stroomleveren. 

 

Brandstofcel

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

Methanolbrandstofcel

O₂+ 4H⁺ + 4e--> 2H₂O 

CH₃OH + H₂O -> CO_{2  +} 6H⁺ +  6e^-

De halfvergelijking van methanol in deze brandstofcel is.

1. 
2. 
3. 
4. 

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)