ESERCIZIO TIPO Con le coppie Cr2+/Cr (a Cr2+= 0.1) e Pb2+/Pb (a Pb2+=10) costruire una pila ; scrivere la reazione di scarica, e calcolarne la forza elettromotrice . Risposta: E° Pb2+/Pb = -0.13 V E°Cr2+/Cr= -0.56 V EPb2+/Pb = -0.13 + 0.059/2 x lg 0.1= -0.1 ECr2+/Cr= -0.56 + 0.059/2 x lg10= -0.59 f.e.m= -0.1 + 0.59 = 0.49 Pb++ + Cr  Pb + Cr++

Si utilizza una pila per vincere la resistenza di un motore. Pila che fornisce lavoro: Zn2+/ Zn//Ag+/Ag L’argento si riduce a spese dello zinco. Zn + 2Ag+  2Ag + Zn2+ DE° = 1,56V condizioni standard F = 96500 C per 1 mole di elettroni per 1 mmole Zn che dà 2 mmoli Ag occorrono 2 mmoli elettroni, quindi passano 192C L’energia totale è il DG= -Lelettrico = -192 x 1.56 = -300 J = -72 cal = DH – TDS= -87 + 15 Legge di Ohm I = DE/R DE = IxR nF = carica I = carica/s = Ampere = C/s I = nF/s nF = I x s nFDE = I x s x I x R = I2 x R x s = potenza x s I2 x R = POTENZA=J/s = watt R(interna pila – circuito esterno) 2 ohm

Come fa una pila a far girare un motore? Reversibilità e lavoro…………………

in corto circuito I= 1,56/2= 0,78 A I= DE/R 192 C/ 0,78Cs-1 = 250 s passano 192C in 250 secondi R della pila 2 ohm Energia totale= potenza x tempo= (I2R)(tempo)= (0,78)2 x 2 x 250 = 72 cal, tutta dissipata = -DG, non c’è lavoro utile motorino 18 ohm sul circuito esterno I= 1,56/(2 +18)= 0,078 A 192/0,078= 2460s motorino: E= (0,078)2 x 18 x 2460= 272J= 65 calorie usate per far girare il motorino, lavoro utile pila: E= (0,078)2 x 2 x 2460= 27J= 7 calorie dissipate motore 78 ohm sul circuito esterno I= 1,56/(2 +78)= 0,0195 A 192/0,0195= 10000s motore: E= (0,0195)2 x 78 x 10exp4= 296J= 70,2 calorie usate per far girare il motore, lavoro utile pila: E= (0,0195)2 x 2 x 10exp4= 7,6J= 1,8 calorie dissipate

Lmax per I  0 TEMPO INFINITO. Il massimo lavoro utile si otterrebbe per un processo totalmente reversibile a tempo infinito.

Conversione energia elettrica in energia chimica - Elettrolisi ovvero Come far avvenire una reazione redox non spontanea E in particolare Come preparare metalli puri allo stato elementare a partire dagli ioni corrispondenti Mn+ + ne- = M

Cella elettrolitica UNA SOLUZIONE ELETTROLITICA (soluzione acquosa contenente elettroliti, cioè acidi basi e sali) è in grado di chiudere il circuito di una pila come un filo di metallo perché è in grado di condurre la corrente. Il primo fenomeno indotto dalla fem applicata è la separazione delle specie cariche (elettrolisi) che migrano verso gli elettrodi di segno opposto. La scarica delle specie migrate provoca la vera e propria conduzione. La conducibilità della soluzione non segue la legge di Ohm (I=DE/R), inizia a seguirla solo quando la fem applicata (DE pila) supera una soglia detta forza controelettromotrice (DE cella) che è la massima fem della pila generata agli elettrodi della cella elettrolitica dalle specie scaricate. Dopo il superamento di questa soglia I aumenta all’aumentare di fem applicata, secondo la legge di Ohm.

Se la soluzione contiene HI, la f.c.e.m. vale 0.521 V. 2H3O+ + 2e- 2H2O + H2 E°=0 V 2I- I2 + 2e- E°= 0.521 V _______________________________________ 2H3O+ + 2I- I2 + H2 + 2H2O DE° = 0.521 V La corrente passa se il DE della pila supera il valore di DE cella (f.c.e.m. = 0.521 V). DEpila - DEcella >0 danno luogo a un DG negativo di un DISPOSITIVO (pila + cella) che funziona spontaneamente producendo iodio e idrogeno mediante la conversione di energia elettrica in energia chimica. Questa conversione è in grado di far avvenire una trasformazione redox non spontanea e in ultima analisi di PREPARARE sostanze chimiche.

L’elettrolisi dell’acqua produce idrogeno e ossigeno L’elettrolisi dell’acqua produce idrogeno e ossigeno. Per questo processo la f.c.e.m vale 1.23 V. Si inizia a produrre idrogeno e ossigeno applicando una fem >di 1.23 V. All’anodo si svolge ossigeno, al catodo idrogeno.

Le reazioni di elettrolisi dell’acqua competono con la scarica di altre specie in grado di migrare agli elettrodi. Nella competizione prevale all’anodo la scarica della specie che si ossida più facilmente, ovvero la più riducente, al catodo la scarica della specie che si riduce più facilmente ovvero la più ossidante. Ciò significa che prevale l’elettrolisi più spontanea, quella con il DG più negativo.