Elektrochemische cellen (Scheikunde havo), les 2: Examentraining

• New lesson editor
• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4,5

Introduction

Examentraining met acht vragen in examenstijl: polen en elektronenstroom, halfreacties bij ontladen en opladen, geleiding verklaren en energieomzetting met een berekening.

Batterijopslag naast een zonnepark in Californië (foto: BLM California, publiek domein)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · ELEKTROCHEMIE

Examentraining

Elektrochemische cellen: zo pak je examenvragen aan

Les 2 van 3. Laat leerlingen in tweetallen overleggen bij de open vragen. Image credit: Bureau of Land Management California / Flickr, publiek domein

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · ELEKTROCHEMIE

Wat ga je kunnen?

Ik kan examenvragen over cellen, elektrolyse, accu's en geleiding beantwoorden met de juiste vaktaal.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · ELEKTROCHEMIE

Zo pak je een examenvraag aan

• 1. Lees: wat is gegeven: stoffen, halfreacties, polen of een tekening?

• 2. Wijs aan: wie geeft elektronen af (reductor), wie neemt ze op (oxidator)?

• 3. Elektroden: cel: reductor bij min, oxidator bij plus. Elektrolyse: andersom.

• 4. Controleer: kloppen atomen en lading, en past het bij cel of elektrolyse?

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · ELEKTROCHEMIE

Vraagtype 1: polen en elektronenstroom

• De reductor geeft elektronen af en zit bij de negatieve elektrode.

• De oxidator neemt elektronen op en zit bij de positieve elektrode.

• In een cel lopen de elektronen door de draad van min naar plus.

• Stroomsterkte: hoeveel elektronen per seconde door de draad gaan.

Cu geeft e⁻ af aan Ag⁺ in een cel. Negatieve elektrode en richting van e⁻?

A

Cu is negatief; e⁻ van Ag naar Cu

B

Cu is negatief; e⁻ van Cu naar Ag

C

Ag is negatief; e⁻ van Ag naar Cu

D

Ag is negatief; e⁻ van Cu naar Ag

Cu is de reductor (Cu → Cu²⁺ + 2 e⁻) en dus de negatieve elektrode; de elektronen lopen door de draad naar Ag⁺ bij de positieve elektrode. Verwachte fout: Ag negatief noemen omdat Ag⁺ de e⁻ opneemt. Syllabus R1.10.

De stroomsterkte in een zink-koper-cel wordt twee keer zo groot. Wat klopt?

A

Elk elektron draagt twee keer zoveel lading

B

Het zink lost twee keer zo langzaam op

C

De elektronen lopen nu van plus naar min

D

Twee keer zoveel e⁻ per seconde door de draad

Stroomsterkte is lading per seconde: twee keer zoveel elektronen per seconde, dus de reactie en het oplossen van zink gaan twee keer zo snel. Verwachte fout: de lading per elektron of de richting aanpassen. Syllabus R1.10 (stroomsterkte).

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · ELEKTROCHEMIE

Vraagtype 2: halfreacties bij ontladen en opladen

• Ontladen: de accu is een cel, bij de negatieve elektrode geeft de reductor e⁻ af.

• Opladen: alles draait om, aan de negatieve elektrode neemt de oxidator e⁻ op.

• Geeft een deeltje e⁻ af, dan staan de e⁻ rechts van de pijl; neemt het ze op, links.

• Controleer elke halfreactie op atomen en lading.

Ontladen loodaccu: PbO₂ + 4 H⁺ + SO₄²⁻ + 2 e⁻ → PbSO₄ + 2 H₂O. Welke elektrode?

A

De positieve: PbO₂ neemt e⁻ op

B

De negatieve: PbO₂ neemt e⁻ op

C

De positieve: PbO₂ geeft e⁻ af

D

De negatieve: PbO₂ geeft e⁻ af

De e⁻ staan links van de pijl: PbO₂ (de oxidator) neemt ze op, en dat gebeurt bij de positieve elektrode. Controle: Pb 1, S 1, O 2 + 4 = 6 links en 4 + 2 = 6 rechts, H 4 = 4, lading 4+ + 2− + 2− = 0 en 0 rechts. Verwachte fout: de elektrode koppelen aan de verkeerde kant van de pijl. Syllabus R1.10 en T4.3.

Ontladen: Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2 e⁻. Welke halfreactie geldt bij opladen?

A

Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2 e⁻

B

PbSO₄ → Pb + SO₄²⁻ + 2 e⁻

C

PbSO₄ + 2 e⁻ → Pb + SO₄²⁻

D

PbSO₄ + 2 e⁻ → Pb + 2 SO₄²⁻

Opladen draait de reactie om: PbSO₄ neemt 2 e⁻ op en wordt Pb. Controle: Pb 1, S 1, O 4 aan beide kanten, lading 2− links (2 e⁻) en 2− rechts (SO₄²⁻). Fout 2 heeft lading 0 links en 4− rechts, fout 3 heeft 1 S links en 2 rechts. Verwachte fout: de ontlaadreactie opnieuw kiezen. Syllabus T4.3.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · ELEKTROCHEMIE

Vraagtype 3: geleiding verklaren

• Geleiding vraagt om ladingdragers die kunnen bewegen.

• Metaal: elektronen. Zout in water of gesmolten: ionen.

• Vast zout en moleculaire stoffen zoals suiker hebben geen beweeglijke ladingdragers.

• Verklaar met deeltjes: welke ladingdragers zijn er en kunnen ze bewegen?

HCl in water geleidt stroom, HCl-gas niet. Wat verklaart dat?

A

Water geeft vrije elektronen aan het HCl

B

In HCl-gas zitten de ionen vast in een rooster

C

In water ioniseert HCl tot bewegende ionen

D

HCl-moleculen zijn zelf geladen deeltjes

HCl is een moleculaire stof: als gas zijn er geen ladingdragers. In water ioniseert HCl tot H⁺(aq) en Cl⁻(aq); die ionen kunnen bewegen, dus HCl in water is een elektrolyt. Verwachte fout: denken dat HCl-gas al uit ionen bestaat. Syllabus M4.1 en R1.2.

Waarom geleidt suikerwater geen stroom?

Goed antwoord: suiker is een moleculaire stof; de moleculen zijn neutraal en vormen geen ionen, dus er zijn geen ladingdragers die kunnen bewegen. Verwachte fout: 'er zit water in, dus geleidt het' of 'suiker is geen zout' zonder ladingdragers te noemen. Syllabus M4.1.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · ELEKTROCHEMIE

Vraagtype 4: energie en toepassing

• Cel en brandstofcel: chemische energie wordt elektrische energie, vanzelf.

• Elektrolyse en opladen: elektrische energie wordt chemische energie.

• Gebruik de molverhouding uit de reactievergelijking, bijvoorbeeld 2 H₂O → 2 H₂ + O₂.

• Zoek molaire massa's op in Binas en let op de significante cijfers.

Windstroom wordt gebruikt voor elektrolyse van water. Welke energieomzetting?

A

Elektrische energie naar chemische energie

B

Chemische energie naar elektrische energie

C

Warmte naar chemische energie

D

Chemische energie naar bewegingsenergie

Bij elektrolyse wordt elektrische energie omgezet in chemische energie, opgeslagen in H₂ en O₂. Verwachte fout: de richting omdraaien (dat is een brandstofcel). Syllabus T4.3.

Elektrolyse: 2 H₂O → 2 H₂ + O₂. Hoeveel g H₂O is nodig voor 2,0 mol H₂?

A

18 g

B

72 g

C

4,0 g

D

36 g

Molverhouding H₂O : H₂ = 2 : 2, dus 2,0 mol H₂O. M(H₂O) = 18,02 g mol⁻¹ (2 × 1,008 + 16,00). Massa: 2,0 × 18,02 = 36,04 g, afgerond op 2 significante cijfers 36 g. Twee keer nagerekend. Fouten: 18 g is 1,0 mol (molverhouding fout), 72 g is 4,0 mol (verdubbeld), 4,0 g is de massa van 2,0 mol H₂ (2,0 × 2,016). Syllabus T4.3 en R&A.

Welk vraagtype vind jij het lastigst?

1

Polen en elektronenstroom

2

Halfreacties en opladen

3

Geleiding verklaren

4

Energie en rekenen

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REACTIES · ELEKTROCHEMIE

Tips voor op het examen

• Schets de cel en zet erbij: plus, min, richting van de elektronen, reductor en oxidator.

• Bij elektrolyse draait alles om: aan de negatieve elektrode neemt de oxidator elektronen op.

• Controleer elke halfreactie op atomen en lading en zet eenheden bij berekeningen.