SCES2252/ SCES2433 : ELEKTROKIMIA ASAS/ ELEKTROKIMIA BASIC ELECTROCHEMISTRY/ ELECTROCHEMISTRY

Transcription

1 UNIVERSITI MALAYA UNIVERSITY OF MALAYA PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS DENGAN PENDIDIKAN EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE WITH EDUCATION SESI AKADEMIK 2015/2016 : SEMESTER 1 ACADEMIC SESSION 2015/2016 : SEMESTER 1 SCES2252/ SCES2433 : ELEKTROKIMIA ASAS/ ELEKTROKIMIA BASIC ELECTROCHEMISTRY/ ELECTROCHEMISTRY Dis 2015/Jan 2016 Dec 2015/Jan 2016 MASA : 2 jam TIME : 2 hours ARAHAN KEPADA CALON : INSTRUCTIONS TO CANDIDATES : Kertas ini mengandungi 5 soalan. Jawab 4 soalan sahaja This paper consists of 5 questions. Answer 4 questions only. (Kertas soalan ini mengandungi 5 soalan dalam 7 halaman yang dicetak) (This question paper consists of 5 questions on 7 printed pages)

2 1. (a) Mengambil kira 0.4V hingga 0.6V voltan terlebih, apakah produk yang akan terbentuk semasa elektrolisis larutan akuas garam berikut: Taking 0.4V to 0.6V overvoltage into consideration, show what products will form during the electrolysis of aqueous solutions of the following salts: (iii) Argentum nitrat Silver nitrate Magnesium sulfat Magnesium sulfate Kalium bromida Potassium bromide (9 markah/marks) Aqua regia, iai tu campuran HNO 3 pekat dan HCl, telah dihasilkan oleh ahli kimia sebagai satu cara untuk "melarutkan" emas. Proses ini merupakan tindak balas redoks. Aqua regia, a mixture of concentrated HNO 3 and HCl, was developed by alchemists as a means to dissolve gold. The process is a redox reaction. Tuliskan tindak balas setengah dan tindak balas redoks keseluruhan bagi melarutkan emas dalam aqua regia. Write the half-reactions and the overall redox reaction for gold to be dissolved in aqua regia. Apakah agen pengoksidaan dan penurunan? What are the oxidizing and the reducing agents? (6 markah/marks) (c) Sel kepekatan dibina menggunakan dua sel-setengah Au/Au 3+. Dalam satu sel-setengah, kepekatan emas, [Au 3+ ] = 7.0 x 10-4 M dan dalam satu lagi selsetenga, [Au 3+ ] =2.5 x 10-2 M. Tentukan E cell dan elektrod negatif. A concentration cell is built using two Au/Au 3+ half-cells. In one half-cell, the concentration of gold, [Au 3+ ] =7.0 x 10-4 M and in another half-cell, [Au 3+ ] =2.5 x 10-2 M. Determine the E cell and which electrode is negative? (5 markah/marks) 2/7

3 (d) Tarifkan terma pertukaran arus(i o ). Tuliskan persamaan di mana overpotential berkaitan dengan arus elektrod dan pertukaran ketumpatan arus dalam persamaan Tafel ini. Define the term exchange current (I o ). Write the equation where overpotential is related to electrode current and exchange current density in Tafel s equation. (5 markah/marks) 2. (a) Dalam sel voltaic yang dibuat dengan elektrod logam, logam yang mempunyai tenaga pengionan yang lebih rendah lebih cenderung untuk menjadi anod atau katod? Jelaskan. In a voltaic cell made with metal electrodes, is the metal having lower ionization energy more likely to be anode or cathode? Explain. (3 markah/marks) Pengeluaran logam magnesium melibatkan elektrolisis pada leburan magnesium klorida. Terangkan mengapa elektrolisis tidak dijalankan dengan menggunakan magnesium klorida akaus. Tunjukkan hasil daripada elektrolisis akuas ini. The production of magnesium metal involves the electrolysis of molten magnesium chloride. Explain why the electrolysis is not carried out with aqueous magnesium chloride. Show the products of this aqueous electrolysis. (6 markah/marks) (c) Dalam sel elektrokimia pada 25 0 C, salah satu sel-setengah adalah Zn 2+ /Zn piawai yang terdiri daripada jalur zink direndamkan dalam larutan 1.00 M Zn 2+ manakala sel-setengah yang lain adalah elektrod hidrogen bukan piawai di mana elektrod platinum direndamkan dalam larutan ion hidrogen yang tidak diketahui kepekatan dengan gas hidrogen dilalukan pada tekanan atm. Voltan sel yang diperhatikan adalah 0.522V. In an electrochemical cell at 25 0 C, the one half-cell is a standard Zn 2+ /Zn consisting of a zinc strip immersed in 1.00 M Zn 2+ solution while the another half-cell is a nonstandard hydrogen electrode in which a platinum electrode is immersed in a solution of unknown hydrogen ion concentration with hydrogen gases bubbling through it at a pressure of atm. The observed cell voltage is 0.522V. Kirakan nilai darjah tindak balas Q. Calculate the value of reaction quotient Q. Kirakan [H + ] pada sel separuh kedua. Calculate the [H + ] in the second half-cell. 3/7

4 (iii) Tentukan ph larutan pada sel-setengah kedua. Determine the ph of the solution in the second half-cell. (8 markah/marks) (d) Pertimbangkan tindak balas redox-: Consider the redox- reaction: Zn 2+ (aq) + H 2 (g) + 2 H 2 O(l) Zn(s) + 2 H 3 O + (aq) Kira E 0 cell, pemalar keseimbangan K dan Gº untuk tindak balas ini. Bincangkan sama ada ia dapat menghasilkan hasil atau tidak. Calculate the E 0 cell, equilibrium constant K and Gº for this reaction. Discuss whether it is product favouring or not. 3. (a) Sel voltaic dibangunkan berdasarkan tindak balas berikut: A voltaic cell is set up based on the following reaction: (8 markah/marks) Ni(s) + 2Ag + (aq) Ni 2+ (aq) + 2Ag(s) (iii) (iv) Apakah tindak balas setengah bagi mewakili pengurangan di dalam sel ini? What half-reaction would represent the reduction in this cell? Apakah tindak balas setengah bagi mewakili pengoksidaan? What half-reaction would represent the oxidation? Logam yang manakah akan menjadi anod dan katod? Which metal would be the anode and which would be cathode? Gambarajah sel ini dengan semua sambungan. Diagram this cell with all the connections. (9 markah/marks) 4/7

5 Jika pemalar Tafel a dan b masing-masing mempunyai nilai 1.54 V dan 0,119 V, bagi pengurangan ion hidrogen pada katod plumbum, kirakan nilai pekali pemindahan α dan ketumpatan arus pertukaran. If the Tafel constants a and b have values 1.54 V and V, respectively, for the reduction of hydrogen ions at a lead cathode, calculate the values of the transfer coefficient α and the exchange current density. (4 markah/marks) (c) Bincangkan prinsip di belakang penggunaan elektrod pilihan ion. Elektrod gelas adalah contoh spesifik elektrod pilihan ion. Bagaimanakah elektrod gelas ini bekerja? Explain the principle behind the working of an ion selective electrode. A glass electrode is a specific example of an ion selective electrode. How does a glass electrode work? (12 markah/marks) 4. (a) Lakarkan signal sambutan voltametri imbasan linear yang didapati dari larutan berkacau dan tidak berkacau. Anggap bahawa pemindahan elektron adalah pada kadar sederhana. Terangkan alasan asas kenapa arus dalam larutan berkacau mencapai arus terhad tetap, dan dalam larutan tidak berkacau arus puncak ditemui. Sketch the response signals of linear sweep voltammograms observed in stirred and unstirred solutions. Assume that electron transfer occurs at a moderate rate. Describe the fundamental reason why the current in stirred solution reaches a constant limiting current, and why in the unstirred solution a peak is found. (12 markah/marks) Terangkan apakah eksperimen yang boleh dibuat dalam voltametri siklik (CV), apa data yang boleh dikumpul. Bagaimana untuk menganalisa data untuk membezakan tindak balas elektrokimia berbalik dan tidak berbalik: Describe exactly what experiments you would do in cyclic voltammetry (CV), what data you would collect. How to analyze the data to distinguish between a reversible and irreversible electrochemical reaction: kf O + ne- R kb Nyatakan bagaimana menggunakan voltametri siklik untuk mencari pemalar difusi D o bahan tindak balas O. 5/7

6 State how you can use cyclic voltammetry to obtain the diffusion coefficient D o of reactant O. (13 markah/marks) 5. (a) Polarografi adalah teknik yang di cipta oleh Jaroslav Heyrovsky dimana beliau menerima Hadiah Nobel pada tahun Polarography is a technique invented by Jaroslav Heyrovsky for which he received the Nobel Prize in Apakah keistimewaan unik polarografi yang memisahkan ia daripada teknik elektroanalitikal yang lain? What is the unique feature of polarography which separates it from other electroanalytical techniques? Lakarkan polarogram dan label dua perincian penting gelombang polarografik pada gambarajah anda Sketch a polarogram and label two important details of the polarographic wave on your diagram. (12 markah/marks) Terangkan apakah maksud voltametri pelucutan katodik dan terangkan prinsipnya. Explain what is meant by cathodic stripping voltammetry and describe the principles behind it (13 markah/marks) Apendiks Appendix 6/7

7 TAMAT END 7/7