רמה גבוהה: שלבבו משוואות מחצית של תא דלק מיחני
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| fuel-cell anode/ˈfjuːəl sel ˈænəʊd/ | אנודה בתא דלק |
| fuel-cell cathode/ˈfjuːəl sel ˈkæθəʊd/ | קתודה בתא דלק |
מה יכול להסביר תצפית זו?
- Higher Tier: תא דלק מיני מפריד חמצון והורדה בשתי אלקטרודות. אותה כמות של אלקטרונים חייבת להיות משוחררת באלקטרודה אחת ונקלטת באלקטרודה השנייה.
- התחל בחזית. ציין את הכמותות או התכונות שת срав, ואז החלט איזה עדות יכולה להבדיל בין שתי הסברות.
בניית המודל
- עבור הדגם עם אלקטרוליט חומצי במפורש, חמצון המימן הוא 2H₂ → 4H⁺ + 4e⁻. הורדת החמצן היא O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O. חיבור משוואות המחצית מבטל ארבע יוני מימן וארבע אלקטרונים, ומשאיר 2H₂ + O₂ → 2H₂O. חמצון פירונו אובדן אלקטרונים והורדה פירונו רכישה של אלקטרונים. משוואות מחצית אלו הן החלק המובנה ה-Higher בלבד של הסעיף המקורי.
- אלקטרודה אנודה בתא דלק: האלקטרודה שבה חמצון המימן משחרר אלקטרונים בתא הייצור המפורט; אלקטרודה קתודה בתא דלק: האלקטרודה שבה הורדת החמצן מקבלת אלקטרונים בתא הייצור המפורט.
איזו משוואת חצי תגובה של מימן חומצי מראה חמצון?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חמצון מאבד אלקטרונים, ולכן משוואת החצי של המימן היא H2 -> 2H+ + 2e-, מאוזנת לפי אטומים (2:2) וטעון (0 בשני הצדדים). אלקטרונים בצד שמאל would יכלו לתאר חמצון, וחמצן לבדו לא יכול ליצור מים ללא מינים של מימן.
התאמו כל מונח טכני למשמעותו המדויקת.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
השתמשו בהגדרות כדי להבדיל בין כמותיות ותהליכים הקשורים זה לזה.
בחר עדים שיכולים לבדוק אותו
- בדקו אטומים ומטענים בנפרד. משוואת המחצית של המימן מכילה ארבע אטומי מימן בכל צד ומטען נטו אפס מכיוון ש+4 מ-H⁺ מאזן את −4 מהאלקטרונים. משוואת המחצית של החמצן מכילה שני אטומי חמצן וארבעה אטומי מימן בכל צד, שוב מטען נטו אפס. בתא הייצור הזה אלקטרונים עוברים מהאנודה של המימן דרך המעגל החיצוני ומגיעים לקתודה של החמצן. האנודה שלילית והקתודה חיובית כאשר התא מספק חשמל.
- התחילו בדגם אלקטרוליט אחד עקבי. איזנו מימן עם H⁺, חמצן עם מים ומטען עם אלקטרונים, ואז שקלו כדי לשוות בין מספרי האלקטרונים ולבטל. אל תערבו משוואת מחצית חומצית עם בסיסית המכילה OH⁻. שמות האלקטרודות מזוהים חמצון באנודה והורדה בקתודה; סימנים חייבים להתפרש לתא דלק יצר, ולא להועתק מתא אלקטרוליטי המופעל על ידי מקור חיצוני.
אילו שני הרגלים הופכים את החקירה או הדגם במקרה זה לקבלנים יותר?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ניסוח התנאים וההנחות מאפשר לאחרים לחזור על העבודה בדיוק, ורישום הראיות התומכות מאפשר להם לבדוק את המסקנה. הסתרת תוצאות המולכות מסירה את הראיות שיכולות לערער מסקנה שגויה, ומדידה אחת לעולם לא יכולה להוכיח טענה רחבה יותר.
עבודה על בסיס גודלים ידועים
- ציין את הערכים הידועים ואת יחידות המידה שלהם. בחר בקשר מכיוון שההנחות שלו מתאימות למקרה זה, ולאחר מכן סדר מחדש לפני ההצבה.
- נתון: מתחילת H₂ → 2H⁺ + 2e⁻, כפלו ב-2 כדי להתאים לארבעת האלקטרונים הנצרכים על ידי O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O. שתי מולקולות H₂ מיוצגות מספקות ארבע אלקטרונים ומולקולה אחת של O₂ מקבלת ארבע. אם שלושה מולקולות O₂ מגיבות באותו דגם משוקל, עשרים וארבע אלקטרונים עוברים דרך המעגל החיצוני ושש מולקולות H₂O נוצרות. אלקטרונים נבטלים מהמשוואה הכוללת.
כל מולקולת H₂ משחררת שני אלקטרונים במשוואת החצי המצוינת. כמה נשחררים על ידי שמונה מולקולות H₂? השתמש באותו סדר: כמות ידועה → דגם → קשר → הצבה → יחידה ופרשנות.
לכל מולקולת H₂ המיוצגת משתחררים שני אלקטרונים במשוואת החצי הנתונה. כמה אלקטרונים משתחררים מארבעה עשר (8) מולקולות H₂?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
התוצאה היא 16 אלקטרונים. נתונים: כל H2 משחרר 2 אלקטרונים במשוואת החצי הנתונה. עבור שמוע מולקולות H2: 8 x 2 = 16 אלקטרונים משוחררים, הזורמים דרך המעגל החיצוני לקטודת החמצן.
בדוק את המסקנה ואת הגבולות שלה
- אל תשים אלקטרונים בצד התגובה בעoxidation של מימן, אל תאפשר להם להישאר בתגובה הכוללת או אמור שהם עוברים דרך האלקטרוליט כמו שהם עוברים דרך חוט מתכת. סטודנטים ברמת בסיס עדיין זקוקים לתגובה הכוללת ולהערכת תא הבatterיה, אך משוואות חצי אלו והסבר העומס הן רק לרמה הגבוהה.
- חזור לתצפית המקורית. הסבר מה התוצאה תומכת, אילו תנאים היא מניחה, ודרך אחת לבדוק הסבר מתחרה.
אלקטרונים נשארים כמוצר של תגובת תא הדלק המאוזנת כולה. טענה זו שגויה: אלקטרונים נעים דרך הEXTERNAL (החיצוני) מעגל ומתאפסים כאשר משוואות המחצית משתלבות: H2 משחרר בדיוק מה ש-O2 צורך. התגובה הכוללת 2H2 + O2 -> 2H2O אינה מכילה אלקטרונים.
רמה גבוהה: איחוד משוואות חצי של תא הבatterיה: בדוק אטומים ומטענים בנפרד. במשוואת חצי של מימן יש ארבעה אטומי מימן בכל צד ומטען נטו של אפס כי +4 מ-H⁺ מאזן את −4 מהאלקטרונים. במשוואת חצי של חמצן יש שני אטומי חמצן וארבעה אטומי מימן בכל צד, שוב מטען נטו של אפס. בתא זה, אלקטרונים עוברים מאנודה המימן דרך המעגל החיצוני ונגיעים לקתודה החמצן. האנודה שלילית והקתודה חיובית כאשר התא מספק חשמל.
אלקטרונים נותרים כמוצר בתגובת תא הדלק המאוזנת המלאה.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אלקטרונים נעים דרך המעגל החיצוני ומתאפסים כאשר משוואות החצי משתלבות: H2 משחרר בדיוק מה שה-O2 צורך. התגובה הכוללת 2H2 + O2 -> 2H2O אינה מכילה אלקטרונים.
האלקtrode שבו חמצון של מימן משחרר אלקטרונים בתא הייצור הנזכר: כתוב את המונח הטכני.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אנודה של תא דלק היא האלקtrode שבו חמצון של מימן משחרר אלקטרונים בתא הייצור הנזכר.