Elektrokémia – Emelt szintű érettségi feladatok
Vissza az elektrokémia témakörhöz!
5/e-1 (1995. V/2)
172,5g tömegű, 10,0 tömeg%-os NiCl2-oldatot elektrolizáltunk grafitelektródokat használva.
Mekkora volt az áramerősség, ha 48 percig tartó elektrolízis után az oldat töménysége 5,0 tömeg% lett? Mekkora térfogatú standard állapotú gáz keletkezett?
Ar (Ni) = 58,7; Ar (Cl) = 35,5; F = 96 500 C/mol; Vm = 24,5 dm3/mol
5/e-2 (1997 IV/3)
7,90 g kálium-permanganáttal sósavból klórgázt fejlesztünk a kiegészítendő egyenlet szerint:
…KMnO4 + …HCl = …Cl2 + …MnCl2 + …KCl + H2O
Mekkora tömegű 32,0 tömeg%-os sósavra van szükség a sztöchiometrikus reakcióhoz?
Minimálisan mekkora tömegű 32,0 tömeg%-os sósavat kell elektrolizálni grafit elektródok között ugyanennyi klórgáz előállításához?
Mennyi ideig tartana az elektrolízis 5 A-es áramot használva?
Ar(Cl) = 35,5; Ar(H) = 1,0; Ar(K) = 39,1;
Ar(Mn) = 54,9; Ar(O) = 16,0; F = 9,65×104 C/mol
5/e-3 (1998 V/3)
150 g 20,9 tömeg%-os nikkel-szulfát-oldatot 1,6 A erősségű árammal 201 percig elektrolizálunk.
Hány tömeg% nikkel-szulfátot tartalmaz az oldat az elektrolízis után?
Hány dm3 standardállapotú gáz keletkezik az elektrolízis közben?
Hány tömeg%-os lesz az oldat az elektrolízis közben keletkezett savra nézve?
5/e-4 (2000 V/3)
Egy kétvegyértékű fém nitrátjának vizes oldatából 150 grammot addig elektrolizálunk, amíg a katódon fémkiválás tapasztalható. A kiváló fém tömege 5,02 g. A kapott oldatot desztillált vízzel 5 dm3-re hígítjuk, ennek a pH-ja 1,5.
Melyik fém nitrátját tartalmazta a kiindulási oldat?
Hány tömegszázalékos az elektrolízissel kapott (még nem hígított) salétromsavoldat?
Ar (H) = 1,0; Ar (N) = 14,0; Ar (O) = 16,0;
5/e-5 (2003 V/4)
50 cm3 0,1 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-klorid oldatot 10 percig elektrolizálunk grafit elektródok között 0,193 A erősségű árammal.
A) Írja fel az elektródfolyamatok egyenleteit!
B) Számítsa ki az elektrolízis során a katódon keletkező standardállapotú gáz térfogatát és az oldat pH-ját az elektrolízis végén! (Az oldat térfogatváltozásától eltekintünk!)
C) Hány percig kellene elektrolizálni a fenti áramerősséggel az eredeti oldatot, hogy a kapott (előzetesen semlegesített) NaCl-oldathoz feleslegben adott AgNO3-oldat 250 mg ezüst-klorid leválását okozza?
F = 96500 C/mol; Vm = 24,5 dm3/mol; M(AgCl) = 143,5 g/mol
5/e-6 (2005. május, 9. feladat)
Telített nátrium-hidrogén-karbonát-oldatot elektrolizáltunk állandó hőmérsékleten, grafitelektródok között. Ekkor vízbontás történt. Az elektrolízist 4,00 A-es áramerősséggel 48,25 óráig végeztük. Eközben 8,10 gramm szilárd anyag vált ki az oldatból.
Adja meg a nátrium-hidrogén-karbonát oldhatóságát 100 gramm vízre vonatkoztatva az elektrolízis hőmérsékletén!
5/e-7 (2006. február, 8. feladat)
Egy réz-ezüst ötvözet összetételét határoztuk meg a következő módon:
Az ötvözet 2,41 grammját tömény salétromsavban feloldottuk, majd desztillált vizet adtunk hozzá. A hígított oldatot elektrolizálni kezdtük. Az oldatban lévő összes fémion leválasztásához 193 percre volt szükség. Az átfolyó áram átlagos sűrűsége ez alatt az időtartam alatt 0,500 A volt. (Az áramkihasználást tekintheti 100 %-osnak.)
a) Írja fel és rendezze a fémek oldódásának reakcióegyenleteit!
b) Számítsa ki, hogy milyen anyagmennyiség-arányban tartalmazta a fémeket az ötvözet?
5/e-8 (2006. május, 9. feladat)
90,0 cm3 12,00-es pH-jú nátrium-hidroxid-oldatot elektrolizálunk grafitelektródok között. Az elektrolízist 25,0 A-es áramerőséggel végeztük. Az elektrolízis végén az oldat pH-ja 1,00-gyel tér el a kiindulási oldat pH-jától. (Az oldat sűrűségét mindvégig 1,00 g/cm3 -nek tekintsük.)
Mennyi ideig zajlott az elektrolízis?
5/e-9 (2006. október, 8. feladat)
Egy elektrolizáló berendezésben, platinaelektródokat használva vizet bontottunk, és a fejlődő gázokat az egyes elektródok fölött fogtuk fel. Az elektrolízis közben a gáztereket lezáró csapok közül az egyik eresztett (a másik jól zárt). Végül leolvastuk a gázok térfogatát és meghatároztuk a nyomásukat és hőmérsékletüket is:
- az egyik elektródon 50,0 cm3 térfogatú (23,0 °C-os, 115 kPa nyomású) színtelen gáz, amely meggyújtható,
- a másik elektródon 40,0 cm3 térfogatú (23,0 °C-os, 115 kPa nyomású) színtelen gáz, amelynek hatására az izzó gyújtópálca lángra lobban.
a) Töltse ki az alábbi táblázatot a fenti adatoknak megfelelően!
| Pólus | A fejlődött gáz megnevezése | A leolvasott térfogata |
| + | ||
| − |
b) Húzza alá az alábbiak közül annak az oldatnak a nevét, amelyet a fent említett vízbontó készülék tartalmazhatott! nátrium-klorid-oldat réz(II)-szulfát-oldat kénsavoldat sósav
c) Melyik gáztér csapja eresztett?
d) Számítsa ki, mekkora tömegű vizet bontottunk!
e) Számítsa ki, menyi ideig tartott az elektrolízis, ha az átlagos áramerősség 0,400 A volt!
5/e-10 (2007. október, 9. feladat)
Az ólomakkumulátor működésekor lejátszódó elektródfolyamatok egyenletei:
PbO2 + 2 e– + 2 H+ + H2SO4 → PbSO4 + 2 H2O
Pb + H2SO4 → PbSO4 + 2 e– + 2 H+
Az ólomakkumulátorban tehát a fém ólom ólom(II)-ionokká oxidálódik, miközben a ólom(IV)-oxidban lévő +4-es oxidációs számú ólom ólom(II)-ionokká redukálódik. Ezt a redoxi folyamatot kifejező egyenletet nevezzük az akkumulátor bruttó egyenletének.
Az elektródfolyamatok egyenletei alapján az ólomakkumulátor működésekor lejátszódó folyamat kiegészítendő bruttó egyenlete a következő:
….PbO2 + ….Pb + …. H2SO4 → …. PbSO4 + …. H2O
Az akkumulátor működése közben keletkező ólom(II)-szulfát csapadék, nem oldódik az akkumulátorban lévő kénsavoldatban.
Egészítse ki a bruttó egyenletet együtthatókkal!
Számítsa ki, milyen lesz a kiindulási 500 g 36,2 tömegszázalékos kénsavoldat tömegszázalékos összetétele abban az akkumulátorban, amelyben működés közben 61200 C töltés haladt át?
5/e-11 (2008. október, 7. feladat)
Az alumíniumgyártásnak két szakasza van: (a) timföldgyártás és (b) kriolitolvadékban oldott timföld elektrolízise. A bauxitot világszerte a Bayer-féle módszerrel dolgozzák fel: az alumínium-hidroxidot nátrium-hidroxiddal kioldják, az oldatot elkülönítik az oldhatatlan anyagoktól (vörösiszap), majd hígítással újból alumínium-hidroxidot választanak le. Az alumínium-hidroxidból nyerik ki a timföldet, amelynek olvadékelektrolízisével állítják elő a fémalumíniumot. Ar(H) = 1,00, Ar(O) = 16,0, Ar(Al) = 27,0
a) Írja fel a timföld olvadékelektrolízisekor az anódon és katódon lejátszódó folyamatokat!
b) Hány százalékos az áram kihasználtsága, ha 1,00 tonna alumínium előállítása során 33,3 órán keresztül 1,00⋅105 A áramerősséggel végezték az elektrolízist?
c) Az elektrolízis során keletkezett gáz, ami 25 °C-on és standard nyomáson 681 m3 térfogatú reakcióba lépett a megfelelő elektród széntartalmával. Az elektrolízis során 0,450 tonna szén fogyott el. Mi az eltávozó szén-monoxid–szén-dioxid gázelegy térfogat%-os összetétele, ha feltételezzük, hogy a keletkező gáz teljes mennyisége reagált az elektródszénnel?
5/e-12 (2009. május, 9. feladat)
Réz- és nikkelelektródokból galvánelemet állítunk össze. Az egyik fémlemez 1,00 mol/dm3 koncentrációjú réz(II)-szulfát-oldatba, a másik 1,00 mol/dm3 koncentrációjú nikkel(II)- szulfát-oldatba merül. Mindkét oldat térfogata 1,25 dm3.
Az elem működése közben az egyik elektród tömege 9,98 grammal csökkent.
a) Írja fel a katód- és anódreakciók egyenletét!
- anódreakció:
- katódreakció:
b) Számítsa ki a cella elektromotoros erejét!
c) Mennyivel változott a másik elektród tömege működés közben?
d) Számítsa ki mindkét elektrolitoldat anyagmennyiség-koncentrációját a működési folyamat végén, ha térfogatváltozásuktól eltekintünk!
e) Számítsa ki, mennyi töltés haladt át a cellán!
5/e-13 (2010. május, 6. feladat)
A levegőbe kerülő H2S nemcsak rendkívül kellemetlen szaga, de mérgező tulajdonsága miatt is gondot jelent. Az egészségügyi határértéke éppen ezért nagyon alacsony: 0,01 milligramm/1 dm3 levegő.
A levegőben lévő H2S megkötését az úgynevezett coulombmetriás titrálással végzik.
Az eljárás lényege a következő: kálium-jodid-oldatból elektrolízissel jódot választanak le, ami az oldatban feloldódik. Majd ezen áramoltatják át a levegőt, melynek H2S-tartalma reagál a jóddal, miközben az oldatban sárgásfehér kolloid csapadék jelenik meg. Feltételezzük, hogy a levegő H2S-tartalma teljes mennyiségében az oldatban marad.
Egy gyár H2S-nel szennyezett levegőjét vizsgálták meg. Kálium-jodid-oldatot 2,00 percig, 2,00 mA-es áramerősséggel elektrolizáltak. Ezután az oldaton 2,00 dm3 levegőt áramoltattak át, aminek hatására a jód színe eltűnt az oldatból. Ezután keményítőoldatot adtak a rendszerhez, majd az előzővel azonos áramerősséggel még 36 másodpercig elektrolizálták az oldat kálium-jodid tartalmát, amíg az oldat kék színű nem lett.
a) Írja fel a H2S megkötésének reakcióegyenletét!
b) Miért adtak keményítőt a rendszerhez?
c) Mennyi töltés haladt át összesen az elektrolizáló cellán?
d) Mennyi a gyár levegőjének H2S tartalma (g/dm3-ben)? Mekkora a szennyezés a megengedetthez képest?
5/e-14 (2010. október, 6. feladat)
759 mg fém-szulfátból vizes oldatot készítettünk. Az oldatot elektrolizálva az összes fémion leválasztásához 965 C töltésre volt szükség.
Határozza meg a fém-szulfát képletét, ha benne a fém oxidációs száma +2!
5/e-15 (2011. május, 6. feladat)
Nátrium-klorid-oldat elektrolízise
Két főzőpohárban 200,0-200,0 cm3 2,00 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-klorid-oldat van (az oldat sűrűsége 1,10 g/cm3). Az A főzőpohárban levő oldatot grafitelektródok, míg a B főzőpohárban levő oldatot higanykatód és grafitanód használatával elektrolizáljuk. Mindkét oldatot 10,0 A áramerősséggel 1930 másodpercig elektrolizáljuk.
Ar(H) = 1,00, Ar(O) = 16,0, Ar(Na) = 23,0, Ar(Cl) = 35,5
a) Az A és B főzőpohárban lezajló elektrolízis során az anódon ugyanaz a tapasztalat figyelhető meg.
Az anód környezete
- Tapasztalat:
- A lejátszódó folyamat egyenlete:
b) Mi történik az A főzőpohárban levő oldat elektrolízise során a katódon?
A katód környezete
- Tapasztalat:
- A lejátszódó folyamat egyenlete:
c) Az elektrolízis befejeződése után fenolftaleint cseppentünk az A főzőpohárban levő folyadékba.
Tapasztalat:
A tapasztalat magyarázata:
Számítsa ki a katódon fejlődő gáz térfogatát (25,0 °C-on, standard nyomáson)!
d) Az elektrolízis után azonnal leöntjük a B főzőpohárban levő oldatot a higanykatódról, majd fenolftaleint cseppentünk a vizes oldatba.
Tapasztalat:
A katódon lejátszódó folyamat egyenlete:
Számítsa ki a visszamaradó oldat tömegszázalékos összetételét! (Tételezzük fel, hogy az összes gáz eltávozott az oldatból!)
5/e-16 (2012. május, 9. feladat)
100 cm3 ezüst-nitrát-oldatba ismeretlen fémlemezt merítettünk. Egy kis idő elteltével a lemezt kivettük, majd megmértük: tömege 753 mg-mal növekedett. A visszamaradó oldatból (amelyben már nem volt kimutatható az ezüstion) az összes fémion leválasztásához 2,50 A áramerősséggel 386 másodpercig tartó elektrolízisre volt szükség.
a) Számítsa ki az ezüst-nitrát-oldat koncentrációját!
b) Számítással határozza meg, melyik fémből készült a lemez!
5/e-17 (2013. május, 6. feladat)
200 cm3 térfogatú, 1,07 g/cm3 sűrűségű, 14,5 tömegszázalékos sósavat desztillált vízzel hígítottunk. Az oldat anyagmennyiség-koncentrációja ennek hatására 1,70 mol/dm3-re csökkent.
a) Hányszorosára nőtt az oldat térfogata a hígítás következtében?
b) Hány cm3 0,125 mol/dm3 koncentrációjú kálium-hidroxid-oldat szükséges a kiindulási oldatból kivett 5,00 cm3 oldat közömbösítéséhez?
c) Mekkora tömegű alumíniumport kellett volna szórnunk a kiindulási oldatba (gyakorlatilag változatlan oldattérfogat mellett), ha a hígítással kapott értékre kívántuk volna az oldat hidrogén-klorid-koncentrációját csökkenteni? Írja fel a szükséges kémiai folyamat reakcióegyenletét is!
d) Mennyi ideig kellene a kiindulási sósavat 2,00 A áramerősséggel elektrolizálni, hogy 980 cm3, 25,0 oC-os, standard nyomású hidrogéngázt állítsunk elő?
5/e-18 (2013. október, 8. feladat)
A szén és széntartalmú anyagok égetésekor keletkező gázok számos problémát okoznak.
A levegőben megnövekedett szén-dioxid-koncentrációnál a nagyobb gondot a szén-monoxid jelenléte okozhatja. Fűtési szezonban sajnos gyakran hallani a rosszul karbantartott kémény vagy kazán miatt bekövetkező balesetekről. A szén-dioxid egyszerű kimutatása régóta ismert, de ma már a szén-monoxid kimutatása is megoldható. A boltokban kaphatók olyan berendezések, amelyek színváltozással jelzik a szén-monoxid jelenlétét a levegőben.
A legújabb, háztartásban alkalmazható berendezés elektrokémiai alapon működik. Platina katalizátor segítségével az elektródokon a következő reakciók mennek végbe:
Anód: CO + H2O → CO2 + 2 H+ + 2 e–
Katód: 2 H+ + 0,5 O2 + 2 e– → H2O
Az elektródokon áthaladt adott mennyiségű töltés után a készülék sípolni kezd.
Egy régi, rosszul működő kályhával fűtött szobában vizsgáljuk a szén-dioxid – szén-monoxidkibocsátást.
1,00 m3 levegőben 408 mg a két gáz együttes tömege. A levegőből kivont 27,0 ºC-os, 98,5 kPa nyomású CO2 – CO gázelegy sűrűsége 1,61 g/dm3.
a) Határozza meg a gázelegy térfogatszázalékos összetételét!
b) Elvileg mekkora töltésnek kell 1,00 m3 levegő átvezetésekor az elektrokémiai cellán áthaladnia, hogy a készülék sípolni kezdjen?
A szén-monoxid megengedett egészségügyi határértéke: 55,0 mg/ 1,00 m3 levegő.
c) Fog-e sípolni a szobában elhelyezett jelzőkészülék? Válaszát számítással indokolja!
5/e-19 (2014. május, 6. feladat)
A kristályos réz(II)-klorid 1 mólja 3,00 mol kristályvizet tartalmaz. A 20,0 °C-on telített oldat réz(II)-kloridra nézve 42,0 tömegszázalékos. Ar(H) = 1,01; Ar(O) = 16,0; Ar(Cl) = 35,5; Ar(Cu) = 63,5
a) 150,0 g 20,0 °C-on telített oldat készítéséhez hány gramm kristályos réz(II)-kloridra van szükség?
b) A telített oldatot grafitelektródok között elektrolizáljuk. Írja fel a katódon és az anódon lejátszódó folyamatok egyenletét!
c) Mennyi ideig tart az elektrolízis 12,0 A áramerősség alkalmazása mellett, ha az elektrolízis befejezésekor a kapott oldat tömegszázaléka a kiindulási oldat tömegszázalékának a felére csökken?
d) Mekkora térfogatú, 25 °C-os, 105 Pa nyomású gáz keletkezik az elektrolízis során?
5/e-20 (2015. május, 9 feladat)
Határozza meg annak a kristályvizes fém-kloridnak a képletét, amelynek
- fémtartalma 19,5 tömegszázalék,
- 5,33 grammjából készült oldatából az összes fémion leválasztása 5,00 A áramerősséggel 19,3 percig tart!
5/e-21 (2017. október, 5. feladat)
Egy laboráns standard Daniell-elem összeállítását kapta feladatul.
a) Írja fel a Daniell-elem celladiagramos jelölését, a katód-, és anódfolyamatok reakcióegyenletét! Számítsa ki a cella elektromotoros erejét!
A laborvezető később meggondolta magát, s az utasítást úgy módosította, hogy a Daniell-elem színtelen elektrolitja helyett nikkel(II)-klorid-oldatot használ, s egy nikkellemezt is keres hozzá. Újonnan támadt ötletét úgy indokolta, hogy a cserével mindkét elektrolit színes lesz, s ezzel két hidratált kation színét is meg tudja a hallgatóságnak mutatni.
b) Milyen színűek a szóban forgó hidratált kationok?
A laboráns 1,500 dm3, 1,000 mol/dm3 koncentrációjú nikkel(II)-klorid-oldatot készített.
c) Mekkora tömegű kristályvíztartalmú sót (NiCl26 H2O) kellett bemérnie ehhez?
A galvánelem összeállítása előtt megmérte mindkét fémlemez tömegét. A nikkelé 42,80 g, a másik lemezé 51,92 g volt. Az elektrolitok koncentrációját 1,000 mol/dm3-nek mérte. Mindkét elektrolit-oldatból 1,200 dm3-t használt a demonstrációhoz. A kísérlet bemutatása után újra megmérte a fémlemezek tömegét, s az elektrolitok koncentrációját is. A rézlemez tömege 57,63 g volt. A tömegmegmaradás törvényére emlékezve úgy gondolta, hogy a nikkellemeznek 37,09 g tömegűnek kellene lennie. A biztonság kedvéért azonban méréssel is meggyőződött hipotéziséről, de a mért eredmény eltért az általa várt értéktől.
d) Írja fel az újonnan összeállított galvánelemben zajló kémiai folyamat bruttó egyenletét! Számítsa ki a nikkellemez tömegét és a nikkel(II)-ionok koncentrációját a kísérlet elvégzése után! (A számítás során az elektrolit térfogatát tekintse állandónak!)
e) Számítsa ki, mekkora elektromos töltés haladt át a cellán! Ekkora töltésmennyiség hatására, a CuSO4-oldat elektrolízise során mekkora térfogatú, 25 °C-os, standard légköri nyomású gáz keletkezne az anódon? A számítás előtt írja fel az anódfolyamat reakcióegyenletét is! Mennyi ideig tartott volna az elektrolízis 5,000 A erősségű áramot használva?
