Изпит по химия 2015 AP, въпрос със свободен отговор 1d

Метал-въздушните батерии трябва да са леки за много приложения. За да трансферират повече електрони с по-малка маса, натрият и калцият се изследват като възможни аноди. 1,0 грам анод анод от... (смях) 1,0 грам анод от кой от тези метали ще трансферира повече електрони, ако приемем, че анодът се разгражда напълно по време на жизнения цикъл на клетката? Подкрепи отговора си с изчисления. Да се върнем горе, където са показани реакциите, в които участват натрия и калций. Ще го копирам и поставя, така по-лесно ще го виждаме, там където правим решението. Нека да копирам. И да поставя тук долу, за да го виждаме. Даже малко ще го смаля, за да не заема толкова много място. Реакциите, които ни интересуват, протичат всъщност в обратна посока на тези. Запомни, когато гледаме нашият източник на напрежение, ето тук, тази част от процеса именно произвежда хидроксидни йони. Хидроксидните йони се придвижват отляво. И след това те се включват в окислението на метала, който е там. Ако това е цинк, хидроксидът се свързва с цинка. Те ще окислят цинка. И електроните, които се отделят при тази реакция, са тези, които ще осигурят протичането на ток по проводника. Но хидроксидът би реагирал с натрий, ако този метал е натрий. Би реагирал и с калций, ако този метал е калций. Реакциите, които ни интересуват, са тези, които имат посока отдясно наляво. Нека да препиша това отново. Самото преписване е от полза... имам проблем с писалката. Самото преписване ще помогне да го осмислим. Така, реакцията за натрия. За всеки две молекули натрий, в твърдо състояние, той всъщност изгражда анода, плюс две молекули хидроксид, дисоцииран във вода, имаме воден разтвор, и ще получим натриев оксид, твърдо вещество, плюс вода в течно състояние, плюс два електрона. И това е наистина важно, защото мислим за това един грам от всеки от тези метали колко електрона ще отдаде? Колко електрона могат да трансферират, през този проводник? Това е първата връзка. И нека засега оставя тук натрия. И да взема калция тук. Запомни, че отиваме от дясно наляво. Нека да го напиша по този начин. Калций, в твърдо състояние, плюс два хидроксида, дисоциирани във вода, дава калциев оксид, твърдо вещество, плюс вода, в течно състояние, плюс два електрона. Повтарям, просто преписах тези уравнения в обратната посока. И ако искаме да запишем волтажа, сега ще обърна знака, защото ги записах наобратно. Но тук не ни питат за волтажа. Питат ни анод, който е един грам, от кой от тези метали ще трансферира повече електрони. Ако разгледаме натрия, случая с натрия, имаме 1,0 грама натрий. Значи трябва да видим колко мола натрий има. Това ще бъде, да видим. Нека видим натрия в периодичната система на елементите. Това е точно тази, която дават по време на изпита. (АР изпит в САЩ) Тук виждаш натрия. Има атомното му тегло, наричано още относителна атомна маса. Това е средната стойност при претеглянето на атомните маси на изотопите, които са разпространени естествено на Земята, така че ако имаш произволна мостра от натрий, и сметнеш средните атомни маси, ще получиш 22,99. Това ни казва колко тежи един мол натрий, той ще има маса от 22,99 грама. Или можеш да кажеш, че един мол има маса от 22,99 грама. Мога да запиша, че един мол натрий има маса 22,99 грама. Това е за натрия. За да се уверя, че имам молове за грам, като преработваме мерните единици, грамове делено на грамове, или грамове натрий делено на грамове натрий, те ще се съкратят и ще ми останат молове натрий. Тази част от израза ще ми даде колко мола натрий има в един грам натрий. Но ние търсим колко електрона ще може да трансферира. И ето защо поглеждаме реакцията. За всеки два мола натрий имаме пренос на два мола електрони. Или можеш да го разглеждаш, че за всеки мол, който... тук имаме съотношение 2 към 2, значи за всеки мол натрий ще имаме пренос на един мол електрони. Нека го направя. Ще имаме пренос на един мол от... нека го запиша по този начин. Един мол електрони за един мол натрий. Ако имаш два мола натрий, ще имаш два мола електрони. Ако имаш един мол натрий, ще имаш два...(смях) Ако имаш един мол натрий, ще имаш един мол електрони. Какво получаваме от това? Ако просто го умножим, но първо да погледнем мерните единици. Грамове натрий се съкращават с грамове натрий. Молове натрий се съкращават с молове натрий. И остават само молове електрони... защо слагам апостроф? Молове електрони. Получаваме 1,0 по 1 делено на 22,9 по 1. Това е 1,0 делено на 22,9. Ще имаме две значещи цифри. Нека да извадя калкулатора. И това е, да видим, просто едно, 1 делено на 22,9 е равно на... с две значещи цифри, е приблизително 0,044. Получихме приблизително 0,044 мола електрони. Запомни, молове. Получихме просто някакви числа. Това са много електрони. Един мол е 6,022 по 10^23. Това е много, много голям брой електрони, които могат потенциално да преминат тук, ако имаме един грам натрий. Сега да направим същото нещо с калция. С калция правим същото упражнение. Имаме един грам калций, по един мол калций, каква маса има? Колко грама е масата на един мол калций? Нека се върнем към периодичната система. Калцият е ето тук. Атомното му тегло е 40,08, или с по-модерното име, относителната атомна маса, те са сметнали средното тегло на изотопите. 40,08. Тук записвам 40,08. И в нашата реакция, за всеки мол калций, колко мола електрони ще се генерират? В уравнението виждаме, че за един калций имаме два електрона. Значи за един мол калций имаме два мола електрони. Можем да кажем два мола електрони за един мол калций, който е изходно вещество тук. И това ни дава приблизително... да видим единиците, грам калций се съкращава с грам калций. Мол калций се съкращава с мол калций. Имаме едно по едно, делено на 40,08, по две. Имаме 2 делено на 40,08, което е ... Ще имаме две значещи цифри. Понеже две и едно са един вид просто числа, а тези са получени при измервания. Значи това е най-малкият брой значещи цифри. Ще имаме две значещи цифри. Значи 2 делено на това, да видим, това е 0,050. Значи 0,050 мола електрони. Виждаш от тези изчисления, че един грам калций трансферира повече електрони от един грам натрий, ако бъде на анода. Очевидно е, че калция, един грам калций може да трансферира повече електрони, от 1,0 грам натрий. Виждаш това точно тук. Изчислихме го.