Practicum: Elektrochemie – standaard celspanningen en Nernst – Scheikunde Klas 5 VWO

In dit practicum voor klas 5 vwo meet je celspanningen van diverse galvanische cellen, vergelijkt ze met de standaard celspanning (E°), past de Nernst-vergelijking toe en koppelt dit aan de werking van lithium-ion-accu’s en waterstofbrandstofcellen.

Leerdoel

Na dit practicum kun je E°_cel berekenen uit halfcelspanningen, de Nernst-vergelijking toepassen bij niet-standaard concentraties, de relatie ΔG = −nFE° toepassen, en de werking van een brandstofcel en Li-ion-accu beschrijven op basis van redoxchemie.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 5 | Vak: Scheikunde | Domein: C1 Chemische processen, F3 Energieomzettingen | Halfcelspanning, standaard elektrodepotentiaal, Nernst-vergelijking, vrije energie, brandstofcel

Benodigdheden

• Drie galvanische cellen: Zn-Cu, Zn-Fe, Fe-Cu (in bijbehorende 1,0 mol/L zoutoplossingen)
• Zoutbruggen (KNO₃-gel in U-buis)
• Digitale voltmeter (0,001 V nauwkeurig)
• Metaalstrips: Zn, Fe, Cu
• Oplossingen: ZnSO₄, FeSO₄, CuSO₄ (elk 1,00 mol/L en 0,10 mol/L voor Nernst)

Achtergrondinformatie

Standaard halfcelspanningen (vs. SHE): E°(Cu/Cu²⁺) = +0,34 V; E°(Fe/Fe²⁺) = −0,44 V; E°(Zn/Zn²⁺) = −0,76 V. E°_cel = E°_kathode − E°_anode. Nernst-vergelijking: E = E° − (RT/nF) × ln(Q) = E° − (0,059/n) × log(Q) bij 25°C. Vrije energie: ΔG = −n × F × E°_cel; positieve E° → negatieve ΔG → spontaan.

Werkwijze

1. Bouw elke galvanische cel: metaalstrip in bijbehorende zoutoplossing, verbonden via zoutbrug. Meet E_cel met de voltmeter. Noteer welke elektrode de kathode is (positieve aanwijzing).
2. Herhaal Zn-Cu cel met c(CuSO₄) = 0,10 mol/L in plaats van 1,00 mol/L. Bereken de verwachte E via Nernst. Vergelijk met gemeten waarde.

Meettabel

Verwerkingsvragen

1. Bereken E°_cel voor de Zn-Cu-cel via de standaard halfcelspanningen.
2. c(CuSO₄) = 0,10 mol/L; c(ZnSO₄) = 1,00 mol/L. Bereken E via Nernst.
3. Bereken ΔG° voor de Zn-Cu-cel (n = 2, F = 96 485 C/mol).

Uitwerking

V1: E°_cel = E°_kathode − E°_anode = +0,34 − (−0,76) = +1,10 V.

V2: Nernst: E = E° − (0,059/n) × log(Q). Q = [Zn²⁺]/[Cu²⁺] = 1,00/0,10 = 10. E = 1,10 − (0,059/2) × log(10) = 1,10 − 0,0295 × 1 = 1,071 V ≈ 1,07 V.

V3: ΔG° = −n × F × E°_cel = −2 × 96 485 × 1,10 = −212 267 J/mol = −212 kJ/mol. Negatief → spontane reactie (galvanische cel levert energie).

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert galvanische cellen-sets, digitale voltmeters, metaalstrips en zoutbrug-kits voor elektrochemie-praktika in het voortgezet scheikundeonderwijs.

Bekijk het assortiment of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.