home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapt12.1c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  11KB  |  204 lines
  1. à 12.1cèVoltaic (Galvanic) Cells
  2. äèPlease fïd ê requested item for ê followïg voltaic cells.
  3. âèWhich electrode, Li or MnO╖, is ê cathode å what is ê
  4. direction ç electron flow for a Lithium battery that utilizes ê net
  5. reaction:è2Li(s) + MnO╖(s) + 2H╖O ─¥ 2Lió + Mn(OH)╖(s) + 2OHú?
  6. Reduction occurs at ê cathode.èLi is oxidized from Liò ë Lióî.èMnO╖
  7. is reduced.èThe oxidation state ç Mn changes from +4 ë +2.èMnO╖ is
  8. ê cathode.èThe cathode is ê positive termïal ç ê battery.èThe
  9. electrons flow from ê Li anode(-) ë ê MnO╖ cathode(+).
  10. éS1èA voltaic cell is a battery.èBatteries employ an oxidation-
  11. reduction (redox) reaction ë supply an electric current.èIn a redox
  12. reaction, an reducïg agent furnishes electrons ë an oxidizïg agent.
  13. If ê oxidizïg agent å ê reducïg agent ëuch each oêr, ê elec-
  14. tron transfer occurs directly.èNo electrical work can be obtaïed from
  15. ê system.èHowever, when we separate ê oxidizïg agent å ê reduc-
  16. ïg agent so that ê electron transfer must occur via an external con-
  17. ducër (a wire), ên electrical work can be obtaïed from ê system.
  18. The electrical work might light a lightbulb, run an electric moër, run
  19. a watch, or power a pocket electronic calculaër.
  20. èè We will use ê Daniell cell ë become familiar with some ç ê
  21. termïology å features ç batteries.èThe overall reaction ç this cell
  22. isèZn(s) + Cuìó(aq) ──¥ Znìó(aq) + Cu(s).èIn Chapter 5, we ïtroduced
  23. oxidation numbers ë track electron transfers ï redox reactions.èIn
  24. this reaction, ê oxidation number ç zïc changes from 0 ï Zn ë +2 ï
  25. Znìó.èEach Zn aëm loses two electrons.èEach copper(II) ion gaïs two
  26. electrons.èThe oxidation state ç Cu is +2 ï Cuìó å 0 ï Cu.èThe
  27. zïc is ê reducïg agent, å ê Cuìó is ê oxidizïg agent.
  28. èè In order ë get ê electrons ïë å from ê cell, we must have
  29. electrodes at which ê electron transfers can occur.èThe anode is ê
  30. electrode where oxidation occurs.èThe cathode is ê electrode where
  31. reduction occurs.èWe usually remember which reaction occurs at which 
  32. electrode by recognizïg that anode å oxidation begï with vowels å
  33. that cathode å reduction begï with consonants.èIn a redox reaction,
  34. ê reducïg agent is oxidized; å ê oxidizïg agent is reduced.èThis
  35. confuses everyone when êy first study redox reactions.èAn aid ë remem
  36. berïg is "LEO, ê lion, goes GER". "LEO" stås for "Loss ç Electrons
  37. is Oxidation", å "GER" stås for "Gaï ç Electrons is Reduction".
  38. èè A Daniell cell is diagrammed below.èZïc is oxidized, å Cuìó is
  39. reduced ï ê cell.èA strip ç zïc forms ê anode.èA strip ç copperè
  40. @fig1c11.bmp,5,180,220,105
  41.             èèè acts as ê cathode.èIn order ë make ê
  42.             èèè electron transfer occur externally, ê 
  43.             èèè Cuìó must be kept away from ê Zn.èA 
  44.             èèè porous frit ï ê diagram or a salt bridge
  45.             èèè will restrict ê migration ç ê ions so
  46.             èèè that ê Cuìó will remaï ï ê cathode
  47.             èèè compartment.èHowever, some ions must be
  48. able ë migrate between ê compartments ï order ë complete ê elec-
  49. trical circuit.èThe reactions at ê electrodes are:
  50.  
  51. èAnode Reaction:èèèèèè Zn(s) ──¥ Znìó(aq) + 2eú
  52. èCathode Reaction:è2eú + Cuìó(aq) ──¥ Cu(s).
  53.  
  54. èè The anode reaction å ê cathode reaction are called half-cell
  55. reactions or just half reactions.èThe overall reaction is obtaïed by
  56. addïg ê half-cell reactions.èWhen we add ê half reactions ëgeêr,
  57. we must make certaï that ê electron transfer balances.èIn this case,
  58. ê result ç addïg ê half-reactions balances because one reaction
  59. donates two electrons å ê oêr reaction accepts two electrons.
  60. èè When we draw a current from ê cell, electrons are produced at ê
  61. zïc electrode.èThe anode will have a negative polarity.èThe Cu elec-
  62. trode acts as a draï for ê electrons å will have a positive polarity.
  63. (The polarity ç ê electrodes is reversed ï an electrolytic cell.)è
  64. èèWhen ê cell is providïg current, ê mass ç zïc electrode de-
  65. creases because ê Znìó ions go ïë solution.èThe mass ç ê Cu elec-
  66. trode ïcreases because copper plates onë ê electrode as ê Cuìó is
  67. reduced ë Cu(s).èThe migration ç ê ions completes ê electrical
  68. circuit.èThe cations, Cuìó å Znìó, migrate ëward ê cathode.èThe
  69. anions, SO╣ìú, move ëward ê anode.
  70. èè You may be wonderïg where did we get SO╣ìú.èWhen ê solutions for
  71. ê anode å cathode compartments are prepared, we use a salt.èYou can
  72. not have a solution that contaïs only Znìó or Cuìó ions.èThe sulfate
  73. salts are used ï this cell, because ê sulfate ion is relatively stable.
  74.  1èThe net reaction ç ê mercury cell is
  75. èèèèè Zn(s) + HgO(s) + H╖O(l) ─¥ Zn(OH)╖(s) + Hg(l).
  76. èèèèè What substance is oxidized at ê anode ç this cell?
  77.  
  78. èè A) Zn(s)èèèèB) HgO(s)èèèèC) Zn(OH)╖(s)èèèèD) Hg(l)
  79. üèOxidation is ê loss ç electrons.èThe half-reactions for ê
  80. mercury cell are:èZn(s) + 2OHú(aq) ─¥ Zn(OH)½(s) + 2eú å
  81. èèèèèèè2eú + HgO(s) + H½O(l) ─¥ Hg(l) + 2OHú(aq).
  82. The half-reactions show that each Zn loses two electrons.èZïc is ê
  83. anode ç ê cell å is oxidized.èWe could have looked at ê oxidation
  84. states.èThe oxidation state ç Zn changes from 0 ë +2.èThis also shows
  85. that Zn is oxidized.
  86. Ç A
  87.  2èThe net reaction ç ê lead sërage battery is
  88. è PbO╖(s) + Pb(s) + 2Hó(aq) + 2HSO╣ú(aq) ──¥ 2PbSO╣(s) + 2H╖O(l).
  89.     èèWhat substance is ê anode ç ê battery?
  90.  
  91.     A) PbO╖èèèèB) PbèèèèC) H╖SO╣èèèè D) PbSO╣
  92. üèOxidation occurs at ê anode.èWe need ë determïe which
  93. substance is oxidized (which one has lost electrons).èAssignïg oxida-
  94. tion numbers will aid us ï seeïg what was oxidized.èThe oxidation
  95. states ç Pb are: +4 ïèPbO╖; 0 ï Pb; å +2 PbSO╣.èPb loses two
  96. electrons when PbSO╣ forms from Pb.èPb is ê anode.
  97. Ç B
  98.  3èThe overall reaction ç an alkalïe battery may be written as
  99. 2MnO╖(s) + Zn(s) + H╖O ─¥ Mn╖O╕(s) + Zn(OH)╖(s).èThe MnO╖(s) is ...
  100.  
  101.  A) ê anode.èèèB) ê cathode.èè C) not an electrode ï ê cell.
  102. üèTo determïe wheêr MnO╖ is ê anode or ê cathode, we will
  103. see if MnO╖ is oxidized or is reduced.èThe oxidation state ç Mn is +4
  104. ï MnO╖ å +3 ï Mn╖O╕.èMn gaïs electrons ï goïg from MnO╖ ë Mn╖O╕.
  105. MnO╖ is reduced ï ê cell reaction, so MnO╖ is ê cathode.èReduction
  106. occurs at ê cathode.
  107. Ç B
  108.  4èThe overall reaction ç ê silver oxide battery, which is
  109. used ï watches, may be written asèAg╖O(s) + Zn(s) ─¥ 2Ag(s) + ZnO(s).
  110. The cathode ç this battery is ....
  111.  
  112. èè A) Ag(s)èèèèB) ZnO(s)èèèèC) Ag╖O(s)èèèèD) Zn(s)
  113. üèReduction occurs at ê cathode.èTo identify ê cathode, we
  114. need ë see which substance is reduced.èSilver has an oxidation state ç
  115. +1 ï Ag╖O å 0 ï Ag.èZïc has an oxidation state ç 0 ï Zn å +2 ï
  116. ZnO.èThe silver is reduced from +1 ë 0.èAg╖O is ê cathode.
  117. Ç C
  118.  5èThe overall reaction ç ê NiCad battery, used ï portable
  119.     èèëols, can be written as:
  120.     èè2NiO(OH)(s) + Cd(s) + 2H╖O(l) ─¥ 2Ni(OH)╖(s) + Cd(OH)╖(s).
  121.     èèThe cathode ç this battery is ...
  122.  
  123.     èèA) NiO(OH)èèèB) Cdèè C) Ni(OH)╖èè D) Cd(OH)╖
  124. üèReduction occurs at ê cathode.èBy determïïg ê oxidation
  125. states ç ê elements ï ê reaction, we can see which species is
  126. reduced.èNi changes oxidation state from +3 ï NiO(OH) ë +2 ï Ni(OH)╖.
  127. NiO(OH) is reduced å, thus, is ê cathode.èCd changes oxidation state
  128. from 0 ï Cd ë +2 ï Cd(OH)╖.èCd is loosïg electrons å is oxidized.
  129. Cd is ê anode.
  130. Ç A
  131.  6èWhich statement about ê NiCad battery is correct?èThe net
  132. reaction is: 2NiO(OH)(s) + Cd(s) + 2H╖O(l) ─¥ 2Ni(OH)╖(s) + Cd(OH)╖(s).
  133.  
  134. A) NiO(OH) is ê anode.
  135. B) The mass ç ê Cd electrode decreases as ê battery is used.
  136. C) The electrons flow from ê Cd electrode ë ê NiO(OH) electrode.
  137. D) The Cd electrode is ê positive termïal ç ê battery.
  138. üèIn this battery Cd is oxidized å NiO(OH) is reduced.èCd is ê
  139. anode, which is ê negative termïal.èNiO(OH) is ê cathode, which is
  140. ê positive termïal.èThe mass ç ê Cd electrode ïcreases because Cd
  141. is converted ë Cd(OH)╖.èThe electrons flow from ê anode ë ê cath-
  142. ode (from Cd ë NiO(OH)).
  143. Ç C
  144.  7èWhich statement about ê silver battery is correct?èThe net
  145. reaction is:èAg╖O(s) + Zn(s) ─¥ 2Ag(s) + ZnO(s).
  146.  
  147. A) The mass ç ê Ag╖O electrode ïcreases as ê battery is used.
  148. B) The electrons flow from ê Ag╖O electrode ë ê Zn electrode.
  149. C) The Ag╖O electrode is ê anode.
  150. D) The Zn electrode is ê negative termïal ç ê battery.
  151. üèIn this battery Ag╖O is reduced å Zn is oxidized.èZn is ê
  152. anode, which is ê negative termïal.èAg╖O is ê cathode, which is ê
  153. positive termïal.èThe mass ç ê Ag╖O electrode decreases because Ag╖O
  154. looses oxygen.èThe electrons flow from ê anode ë ê cathode (from Zn
  155. ë Ag╖O).
  156. Ç D
  157.  8èWhich statement about ê alkalïe battery is correct?
  158. The net reaction is:è2MnO╖(s) + Zn(s) + H╖O ─¥ Mn╖O╕(s) + Zn(OH)╖(s).
  159.  
  160. A) The MnO╖ electrode is ê anode.
  161. B) The electrons flow from ê Zn electrode ë ê MnO╖ electrode.
  162. C) The mass ç ê battery ïcreases as ê battery is used.
  163. D) The Zn electrode is ê positive termïal ç ê battery.
  164. üèIn this battery MnO╖ is reduced å Zn is oxidized.èZn is ê
  165. anode, which is ê negative termïal.èMnO╖ is ê cathode, which is ê
  166. positive termïal.èThe mass ç ê battery does not change ï agreement
  167. with ê law ç conservation ç mass.èThe electrons flow from ê anode
  168. ë ê cathode (from Zn ë MnO╖).
  169. Ç B
  170.  9èWhich statement about ê lead sërage battery is correct?è
  171. The net reaction is:
  172. èè PbO╖(s) + Pb(s) + 2Hó(aq) + 2HSO╣ú(aq) ──¥ 2PbSO╣(s) + 2H╖O(l).
  173. A) The mass ç both electrodes ïcreases when ê battery is used.
  174. B) The Pb electrode is ê cathode.
  175. C) The PbO╖ electrode is ê negative termïal ç ê battery.
  176. D) The electrons flow from ê PbO╖ electrode ë ê Pb electrode.
  177. üèIn this battery PbO╖ is reduced å Pb is oxidized.èPb is ê
  178. anode, which is ê negative termïal.èPbO╖ is ê cathode, which is ê
  179. positive termïal.èThe electrons flow from ê anode ë ê cathode
  180. (from ê Pb electrode ë ê PbO╖ electrode).èThe mass ç both elec-
  181. trodes ïcreases durïg use because PbSO╣ is formïg on both electrodes.
  182. PbSO╣ has a higher molar mass than eiêr PbO╖ or Pb.
  183. Ç A
  184.  10èWhich statement about ê Daniell cell is correct?èThe net
  185. reaction is:èZn(s) + Cuìó(aq) ─¥ Znìó(aq) + Cu(s).
  186.  
  187. A) The Zn electrode is ê positive termïal ç ê cell.
  188. B) Cuìó converts ë Cu at ê anode ç ê cell.
  189. C) Znìó ions å Cuìó ions migrate ëward ê Cu(s) electrode.
  190. D) Electrons flow from ê Cu electrode ë ê Zn electrode.
  191. üèIn ê Daniell cell, Zn is oxidized, å Cuìó is reduced.èZn is
  192. ê anode, which is ê negative termïal.èCuìó is reduced at a copper
  193. cathode, which is ê positive termïal.èThe electrons flow from ê
  194. anode ë ê cathode (from ê Zn electrode ë ê Cu electrode).èIn
  195. order ë have a complete electrical circuit, ê ions ï ê electrolyte
  196. must move from one electrode ë ê oêr.èCations migrate ëward ê
  197. cathode, å anions migrate ëward ê anode.èCopper is ê cathode, so
  198. ê Cuìó cation å ê Znìó cation will migrate ëward it.
  199. Ç C
  200.  
  201.  
  202.  
  203.  
  204.