Transcript File
BRENSELCELLA • En brenselcelle har svært høy virkningsgrad • Lite energi går tapt som varme • Andre brennstoffer enn hydrogen kan brukes + + + + + - e + + Elekt rolytt Motor + - e Hydrogengass + Hydrogenion Oksygengass Vann • Ved anoden: 2H2(g) → 4H+(aq) + 4e- (oks), E0oks = 0.00 V • Ved katoden: O2(g) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O(l) (red),E0red = 1.23 V • Totalreaksjon: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l), E0 = 1.23 V ELEKTROLYSE • I en elektrolyse tvinger vi strømmen til å gå i motsatt retning i hva den naturlig ville ha gjort. • Men dette koster mye energi! • Vi må minst ha en spenning som er større enn det naturlige cellepotensialet for cella. • Opplading av batterier er egentlig en form for elektrolyse. • Spenningsrekka forteller oss også hvilke produkter som lages i en elektrolyse. • Jo lengre opp et stoff står på redform i spenningsrekka, desto vanskeligere er det å oksidere det. • Jo lengre ned et stoff står på oksform i spenningsrekka, desto vanskeligere er det å redusere det. • Dette er spesielt viktig når det er vann til stede i elektrolysen. • Vi vil elektrolysere en løsning av KBr i vann. Hvilke produkter lages? - - e e _ H2 + H2O + K Br • Oksform Redform • 4H+(aq) + 4e- + O2(g) 2H2O(l) • Br2(aq) + 2e- 2Br-(aq) • 2H2O(l)+ 2e- H2(g) + 2OH-(aq) • K+(aq) + e- K(s) • Vi får altså Br2 ved anoden og H2 ved katoden. • Dersom vi elektrolyserer en K2SO4løsning, har vi følgende muligheter i spenningsrekka: • Oksform • 2S2O82- + 2e- Redform 2SO42- • 4H+(aq) + 4e- + O2(g) 2H2O(l) • 2H2O(l)+ 2e- H2(g) + 2OH-(aq) • K+(aq) + e- K(s) • Produktene blir nå H2 og O2, altså en vannspalting. • 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) OVERPOTENSIAL • Hvor høy spenning må vi minst ha for å elektrolysere en ZnSO4-løsning? • Vi tenker oss en elektrokjemisk celle som består av to elektroder av Zn og Pt dyppet ned i en 1 M ZnSO4-løsning, og beregner et standardpotensial på + 1.99 V. • • • • • 2Zn → 2Zn2+ + 4e- (oks), E0oks = +0,76 V O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (red), E0red = +1.23 V Totalreaksjonen er 2Zn + O2 + 4H+ → 2Zn2+ + 2H2O , E0 = (0.76 + 1.23) V = 1.99 V • Skal vi få reaksjonen til å gå i motsatt retning ved en elektrolyse, trenger vi altså minst en spenning på 1.99 V som skal overvinne det naturlige cellepotensialet. • Men det viser seg at dette ikke er nok. Bl.a. det at oksygengass adsorberes på Pt-elektroden, gjør at det lages en ekstra motspenning til elektrolysen på ca. 0.5 V. • Denne motspenningen kalles overpotensialet, og gjør at halvreaksjonen • O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (red), E0red = +1.23 V • får spenningen +1.73 V istedet. • Den vil da komme over halvreaksjonen • Cl2(aq) + 2e- 2Cl-(aq), E0red = +1.36 V • Dersom vi nå elektrolyserer en løsning av ZnCl2 i vann, får vi laget klorgass og ikke oksygen ved anoden.