Higher Tier: combine hydrogen fuel-cell half equations
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| fuel-cell anode/ˈfjuːəl sel ˈænəʊd/ | anode pin nhiên liệu |
| fuel-cell cathode/ˈfjuːəl sel ˈkæθəʊd/ | cathode pin nhiên liệu |
Điều gì có thể giải thích quan sát này?
- Level cao: Pin nhiên liệu hydro tách riêng quá trình oxy hóa và khử tại hai điện cực. Số lượng electron phát ra ở một điện cực phải bằng số lượng electron được chấp nhận ở điện cực kia.
- Bắt đầu bằng một dự đoán. Nêu rõ các đại lượng hoặc đặc điểm bạn sẽ so sánh, sau đó quyết định bằng chứng nào có thể phân biệt hai lời giải thích.
Xây dựng mô hình
- Đối với mô hình điện phân chất có tính axit rõ ràng, quá trình oxy hóa hydro là 2H₂ → 4H⁺ + 4e⁻. Quá trình khử oxy là O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O. Cộng hai phương trình bán phản ứng sẽ triệt tiêu bốn ion hydro và bốn electron, để lại 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Oxy hóa nghĩa là mất electron và khử nghĩa là nhận electron. Các phương trình bán phản ứng này là phần chỉ dành cho Level cao được nhúng trong mục nguồn gốc.
- anode pin nhiên liệu: Điện cực nơi quá trình oxy hóa hydro giải phóng electron trong tế bào phát điện đã nêu; cathode pin nhiên liệu: Điện cực nơi quá trình khử oxy chấp nhận electron trong tế bào phát điện đã nêu.
Which acidic hydrogen half equation shows oxidation?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Oxidation loses electrons, so the hydrogen half equation is H2 -> 2H+ + 2e-, balanced for atoms (2:2) and charge (0 each side). Electrons on the left would describe reduction, and oxygen alone cannot form water without hydrogen species.
Match each technical term to its precise meaning.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Use the definitions to distinguish related quantities and processes.
Chọn bằng chứng có thể kiểm chứng
- Kiểm tra nguyên tử và điện tích riêng biệt. Phương trình bán phản ứng hydro có bốn nguyên tử hydro ở mỗi phía và điện tích ròng bằng không vì +4 từ H⁺ cân bằng với −4 từ electron. Phương trình bán phản ứng oxy có hai nguyên tử oxy và bốn nguyên tử hydro ở mỗi phía, cũng có điện tích ròng bằng không. Trong tế bào phát điện này, electron rời anode hydro thông qua mạch ngoài và đến cathode oxy. Anode mang điện âm và cathode mang điện dương trong khi tế bào cung cấp điện năng.
- Bắt đầu với một mô hình điện phân nhất quán. Cân bằng hydro bằng H⁺, oxy bằng nước và điện tích bằng electron, sau đó nhân hệ số để số lượng electron bằng nhau và triệt tiêu. Đừng trộn lẫn phương trình bán phản ứng axit với phương trình bazơ chứa OH⁻. Tên các điện cực xác định quá trình oxy hóa ở anode và khử ở cathode; dấu điện phải được hiểu đúng cho tế bào phát điện, chứ không sao chép từ tế bào điện phân có nguồn điện bên ngoài.
Which two habits make the investigation or model in this case more defensible?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Stating the conditions and assumptions lets others repeat the work exactly, and recording the supporting evidence lets them check the conclusion. Hiding disagreeing results removes the evidence that could challenge a wrong conclusion, and one measurement can never establish a wider claim.
Làm việc từ các đại lượng đã biết
- Nêu các giá trị đã biết và đơn vị của chúng. Chọn công thức vì các giả thiết của nó phù hợp với trường hợp này, sau đó biến đổi trước khi thay số.
- Đã biết: bắt đầu từ H₂ → 2H⁺ + 2e⁻, nhân đôi để khớp với bốn electron tiêu thụ bởi O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O. Hai phân tử H₂ được biểu thị cung cấp bốn electron và một phân tử O₂ chấp nhận bốn. Nếu ba phân tử O₂ phản ứng trong cùng mô hình đã nhân hệ số, mười hai electron truyền qua mạch ngoài và sáu phân tử H₂O được hình thành. Electron triệt tiêu khỏi phương trình tổng.
Mỗi phân tử H₂ đại diện giải phóng hai electron trong phương trình bán phản ứng đã cho. Tám phân tử H₂ sẽ giải phóng bao nhiêu electron? Áp dụng cùng trình tự: các đại lượng đã biết → mô hình → mối quan hệ → thay số → đơn vị và diễn giải.
Each represented H₂ molecule releases two electrons in the stated half equation. How many are released by eight H₂ molecules?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
The result is 16 electrons. Known: each H2 releases 2 electrons in the stated half equation. For eight H2 molecules: 8 x 2 = 16 electrons released, flowing through the external circuit to the oxygen electrode.
Kiểm tra kết luận và giới hạn của nó
- Không đặt electron vào vế chất tham gia cho quá trình oxi hóa hydro, để chúng tồn tại trong phản ứng tổng quát, hoặc nói rằng chúng truyền qua điện phân như truyền qua dây kim loại. Học sinh mức cơ bản vẫn cần phản ứng tổng quát và đánh giá pin nhiên liệu, nhưng các phương trình bán phản ứng và lập luận về điện tích chỉ dành cho học sinh nâng cao.
- Quay trở lại quan sát ban đầu. Giải thích kết quả hỗ trợ điều gì, những điều kiện nào mà nó giả định, và một cách để kiểm chứng một giải thích cạnh tranh.
Electron vẫn tồn tại như một sản phẩm của phản ứng tế bào nhiên liệu cân bằng hoàn chỉnh. Tuyên bố này là sai: Electron di chuyển qua MẠNG NGOÀI và triệt tiêu khi các phương trình bán phản ứng kết hợp: H2 giải phóng chính xác những gì O2 tiêu thụ. Phản ứng tổng quát 2H2 + O2 -> 2H2O không chứa electron.
Học sinh nâng cao: kết hợp các phương trình bán phản ứng pin nhiên liệu hydro: Kiểm tra nguyên tố và điện tích riêng biệt. Phương trình bán phản ứng hydro có bốn nguyên tử hydro ở mỗi vế và điện tích tổng bằng không vì +4 từ H⁺ cân bằng với −4 từ electron. Phương trình bán phản ứng oxy có hai nguyên tử oxy và bốn nguyên tử hydro ở mỗi vế, lại một lần nữa điện tích tổng bằng không. Trong tế bào phát điện này, electron rời cực anode hydro qua mạch ngoài và đến cực cathode oxy. Anode mang điện âm và cathode mang điện dương khi tế bào cung cấp điện năng.
Electrons remain as a product of the complete balanced fuel-cell reaction.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Electrons travel through the EXTERNAL circuit and cancel when the half equations combine: H2 releases exactly what O2 consumes. The overall reaction 2H2 + O2 -> 2H2O contains no electrons.
The electrode where hydrogen oxidation releases electrons in the stated generating cell: write the technical term.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
fuel-cell anode means The electrode where hydrogen oxidation releases electrons in the stated generating cell.