Cara membina gambar rajah sel elektrokimia

Gambar rajah sel elektrokimia yang kemas dan berlabel betul ialah sumber markah yang boleh diharap dalam Kertas 2 dan Kertas 3, namun ramai pelajar kehilangannya kerana keliru terminal mana positif atau ke arah mana elektron mengalir. Panduan ini menunjukkan cara membina gambar rajah sekeping demi sekeping dan melabel setiap bahagian seperti dijangka pemeriksa, menggunakan topik sel voltan dan sel elektrokimia. Sebaik susun aturnya menjadi tabiat, anda boleh melukisnya dalam masa kurang dua minit.

Apa yang dilakukan sel voltan

Sel voltan (galvani) menukar tindak balas redoks spontan menjadi tenaga elektrik. Dua logam berbeza dicelup ke dalam elektrolit dan disambung dengan wayar; kerana satu logam lebih mudah kehilangan elektron daripada yang lain, elektron ditolak melalui wayar dan arus mengalir. Membina satu dengan tangan ialah amali standard, lihat membina sel voltan ringkas untuk kaedahnya.

Bahagian yang wajib anda lukis

Setiap gambar rajah sel markah penuh menunjukkan komponen berlabel ini:

• Dua elektrod, dua logam berbeza, setiap satu berlabel nama atau simbolnya.
• Elektrolit, larutan yang setiap elektrod dicelup, berlabel (contohnya larutan kuprum(II) sulfat).
• Titian garam, dalam sel jenis Daniell dengan dua bikar berasingan, menyambung kedua-dua larutan.
• Voltmeter atau galvanometer, dalam litar luar, untuk membaca voltan.
• Wayar penyambung dengan terminal ditanda positif (+) dan negatif (−).
• Anak panah menunjukkan aliran elektron dalam wayar luar.

Tinggalkan mana-mana satu daripada ini dan anda tinggalkan markah di atas meja.

Langkah demi langkah: bina gambar rajah

1. Lukis bekas. Bagi sel Daniell, dua bikar bersebelahan; bagi sel ringkas, satu bikar dengan kedua-dua elektrod.
2. Tambah dua elektrod yang dicelup, satu di setiap sisi, dan tulis logam pada setiap satu.
3. Label setiap elektrolit di bawah atau di sisi bikarnya.
4. Lukis titian garam sebagai tiub-U songsang yang menghubungkan dua larutan (jenis Daniell sahaja).
5. Sambung elektrod dengan wayar naik ke voltmeter di tengah.
6. Tentukan terminal menggunakan siri elektrokimia (bahagian seterusnya), dan tanda + dan −.
7. Tambah anak panah aliran elektron dari terminal negatif, melalui wayar, ke terminal positif.

Terminal mana yang mana

Inilah langkah yang pelajar salah, jadi perlahankan. Gunakan siri elektrokimia:

• Logam yang lebih elektropositif (lebih reaktif) ialah terminal negatif. Ia teroksida, ia kehilangan elektron, jadi ia anod.
• Logam yang kurang reaktif ialah terminal positif. Ia katod, tempat penurunan berlaku.
• Elektron mengalir dalam wayar luar dari terminal negatif ke terminal positif, iaitu dari logam yang lebih reaktif ke yang kurang reaktif.

Satu penanda ingatan: logam yang lebih reaktif lebih ghairah memberi elektron, jadi ia menjadi negatif dan menolak elektron keluar ke dalam wayar.

Contoh penyelesaian: sel Daniell

Ambil zink dan kuprum, pasangan klasik. Zink berada di atas kuprum dalam siri kereaktifan, jadi:

• Elektrod zink, terminal negatif (anod). Ia teroksida:

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

• Elektrod kuprum, terminal positif (katod). Ion kuprum(II) terturun:

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

Elektron meninggalkan zink, bergerak melalui wayar dan voltmeter ke kuprum, dan menurunkan Cu²⁺ di situ. Elektrod zink perlahan-lahan larut dan menjadi nipis; elektrod kuprum mendapat salutan kuprum baharu dan menjadi tebal. Titian garam membenarkan ion bergerak untuk mengekalkan kedua-dua larutan neutral secara elektrik. Ini tepat arah yang diramal apabila logam lebih reaktif menyesarkan yang kurang reaktif dalam penyesaran logam.

Membaca dan meramal voltan

Semakin jauh dua logam dalam siri elektrokimia, semakin besar voltan yang dihasilkan sel. Sel zink–kuprum memberi voltan lebih besar daripada sel zink–ferum, kerana zink dan kuprum lebih jauh. Anda tidak akan diminta mengira voltan tepat dalam SPM, tetapi anda patut boleh membandingkan dua sel dan menyatakan yang mana memberi bacaan lebih tinggi, dan mengapa.

Senarai semak label sebelum meneruskan

• Kedua-dua elektrod dinamai, kedua-dua elektrolit dinamai.
• Terminal ditanda + dan −, sepadan dengan susunan kereaktifan.
• Anak panah aliran elektron dari negatif ke positif dalam wayar luar.
• Persamaan setengah ditulis, dengan elektron di sisi yang betul.
• Titian garam ditunjukkan jika larutan berasingan.

Tandakan kelima-lima dan gambar rajah lengkap.

Kesilapan lazim yang perlu dielakkan

• Meletakkan anak panah dalam larutan. Aliran elektron dilukis dalam wayar, bukan melalui elektrolit, di dalam sel, cas dibawa oleh ion.
• Memanggil elektrod negatif sebagai katod. Dalam sel voltan, anod (pengoksidaan) ialah negatif; katod (penurunan) ialah positif. Ini bertentangan dengan elektrolisis, jadi asingkan dua topik ini dalam fikiran anda.
• Lupa voltmeter atau titian garam. Kedua-duanya markah mudah.

Latih susun atur sehingga automatik

Lukis sel Daniell daripada ingatan beberapa kali, kemudian cuba pasangan logam lain dan ramal terminal serta setengah persamaan bagi setiap satu. Radas tidak pernah berubah, hanya logam dan elektrolit. Jika label anod/katod dan positif/negatif terus bertukar dalam fikiran anda, itu kekusutan lazim yang kami leraikan cepat dalam kelas; kelas satu-ke-satu dalam talian kami berjalan dalam bahasa Inggeris dari RM50 sejam, dengan percubaan satu jam berbayar. Lihat cara ia berjalan jika anda mahu seorang guru menyemak gambar rajah anda terhadap jawapan Kertas 2 sebenar.