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.