Elektrochemische cel en batterij
Alle oefentoetsen

Oefentoets

Elektrochemische cel en batterij

Deze oefentoets bestaat uit vijf vragen.

De uitwerking vind je na het openen van alle hints. Let op, als er geen ‘Controleer antwoord’ knop staat, moet je zelf je antwoord controleren met behulp van de hints en uitwerking.

Vraag 1

Met de melkzuursensor wordt de concentratie van melkzuur in het zweet bepaald. De elektrochemische cel van de melkzuursensor is hieronder vergroot en schematisch weergegeven:

Elektrode A is gemaakt van grafiet (koolstof) en is bedekt met het enzym lactaatoxidase (verder afgekort als LOx). Zweet fungeert als elektrolyt. Onder invloed van LOx wordt melkzuur (C3H6O3) omgezet tot pyrodruivenzuur (C3H4O3). Melkzuur treedt in deze reactie op als reductor.

a)

Geef de halfreactie die dan optreedt. In deze halfreactie komt ook H+ voor.

Zweet is een oplossing waarin verschillende stoffen zijn opgelost. Doordat in zweet een bepaald soort deeltjes voorkomt, kan zweet als elektrolyt dienen.

b)

Geef de naam van dit soort deeltjes en geef aan waardoor ze voor stroomgeleiding kunnen zorgen.

Vraag 2

In 2019 kregen de ontdekkers van de lithiumbatterij de Nobelprijs voor de scheikunde.

Hieronder is een schematische voorstelling van een soort lithiumbatterij tijdens stroomlevering te zien. Eén pool is gemaakt van lithium, de andere van koolstof. Tussen de polen bevindt zich papier dat doordrenkt is met een geleidende vloeistof.

Aan elektrode A vindt de volgende halfreactie plaats:

Li 🡪 Li+ + e

a)

Leg uit waarom het elektrolyt geen water mag bevatten.

De koolstofelektrode kan Li atomen binden. De binding van de Li atomen aan koolstof is zelfs sterker dan de binding tussen de Li atomen onderling in de lithiumelektrode. Bij stroomlevering komen de Li+ ionen los uit de lithiumelektrode, bewegen naar de koolstofelektrode en worden uiteindelijk als Li atomen aan de koolstof gebonden.Er worden twee Li atomen per zes koolstofatomen gebonden volgens de volgende halfreactie:

2 Li+ + 6 C + 2 e- 🡪 C2Li6

De stroomlevering stopt als voor de koolstofelektrode geldt dat per zes koolstofatomen twee Li atomen zijn gebonden. Aan de andere elektrode is dan nog steeds lithium aanwezig. De capaciteit van een batterij kan worden gedefinieerd als de hoeveelheid elektronen die deze batterij kan leveren. Voor deze lithiumbatterij wordt de capaciteit bepaald door het aantal koolstofatomen in de koolstofelektrode.

b)

Bereken hoeveel mol elektronen een papieren lithiumbatterij met een koolstofelektrode van 210 mg maximaal kan leveren.

Schrijf je antwoord in het format 6,10*10-3 ⇒ 6,10*10^-3

Je kunt je antwoord checken met de ‘Controleer antwoord’ knop.
Let op: op een toets verwacht een docent de hele berekening zoals in de uitwerking staat.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

c)

De in deze opgave beschreven batterij is oplaadbaar.

Geef van het opladen van de batterij de vergelijkingen van de beide  halfreacties en leid daaruit de vergelijking van de totale reactie af.

Vraag 3

Rijden onder invloed van alcohol (ethanol) is gevaarlijk en verboden. Daarom voert de politie controles uit en meet daarbij het alcoholgehalte in de adem van de bestuurder. Als een bestuurder een overtreding heeft begaan, kan een rechter oordelen dat een ‘alcoholslot’ in de auto van deze bestuurder moet worden aangebracht. Een alcoholslot is een startonderbreker in de auto. Voor het wegrijden moet de bestuurder in het pijpje van het alcoholslot blazen. Wanneer de bestuurder te veel alcohol heeft gedronken, start de auto niet.

 

Het alcoholslot bevat een soort brandstofcel. Als de uitgeademde lucht alcohol bevat, reageert de alcohol als reductor aan de ‘actieve’ elektrode van de cel. De vergelijking van deze halfreactie is:

C2H6O + 3 H2O 🡪 2 CO2 + 12 H+ + 12 e

Aan de andere elektrode reageert zuurstof als oxidator in zuur milieu.

 

 

a)

Geef de vergelijking van de halfreactie van de oxidator en de vergelijking van de totale reactie in deze brandstofcel. Maak hierbij gebruik van Binas- tabel 48/ScienceData 9.1f.

De stroom die door de brandstofcel loopt is een maat voor het alcoholgehalte in de uitgeademde lucht. Het alcoholgehalte in lucht en het alcoholgehalte in vocht zijn met een vaste omrekeningsfactor aan elkaar gerelateerd. Een gehalte van 0,44 mg per L lucht komt overeen met 1,0 g per L lichaamsvocht. Als het alcoholgehalte in het lichaamsvocht van de bestuurder hoger is dan 0,02 massaprocent, start de auto niet.

Bij een bepaalde bestuurder passeren 50·10–6 mol elektronen per L uitgeademde lucht de actieve elektrode.

b)

Bereken het aantal gram alcohol in 1,0 L uitgeademde lucht, wanneer het alcoholpercentage in lichaamsvocht 0,02 massaprocent is. Neem aan dat de dichtheid van het lichaamsvocht 1,1 kg per L is. Geef je antwoord in het juiste aantal significante cijfers.

Noteer je antwoord in het format 8*10-4 ⇒ 8*10^-4 

Je kunt je antwoord checken met de ‘Controleer antwoord’ knop.
Let op: op een toets verwacht een docent de hele berekening zoals in de uitwerking staat.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

c)

Laat met een berekening zien of de auto zal starten. Ga ervan uit dat er geen elektronenstroom is als de adem geen alcohol bevat.

Vraag 4

In de Toyota Prius is de batterij een nikkel-metaalhydride-batterij, afgekort NiMH-batterij. De ene elektrode (A) van de NiMH-batterij is gemaakt van nikkel-oxyhydroxide, NiO(OH). De andere elektrode (B) bestaat uit een metaalhydride. Het metaalhydride wordt weergegeven met MH. De elektrolyt in een NiMH-batterij is een KOH-oplossing.
Wanneer de batterij stroom levert, vinden in de NiMH-batterij de volgende halfreacties plaats:

elektrode A: NiO(OH) + H2O + e 🡪 Ni(OH)2 + OH
elektrode B: MH + OH 🡪 H2O + M + e

a)

Leid af wat de lading is van de nikkelionen in NiO(OH).Neem aan dat NiO(OH) bestaat uit nikkelionen en twee soorten negatieve ionen.

Je kunt je antwoord checken met de ‘Controleer antwoord’ knop.
Let op: op een toets verwacht een docent de hele uitleg zoals in de uitwerking staat.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

b)

Is elektrode B de positieve of de negatieve elektrode van de NiMH-batterij?

Motiveer je antwoord.

Je kunt je antwoord checken met de ‘Controleer antwoord’ knop.
Let op: op een toets verwacht een docent de hele uitleg zoals in de uitwerking staat.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

In een handleiding van de Toyota Prius staat onder andere de volgende informatie: Bij afnemende snelheid, zoals bij afremmen, zet de auto bewegingsenergie om in elektrische energie waarmee de batterij wordt opgeladen.

c)

Geef de vergelijking van de totale reactie die optreedt tijdens het opladen van de NiMH-batterij.

Bekijk ook eens

studiehulp icoon Redox-electrochemische cel
Scheikunde | Vwo | 5
Oefentoets
Redox-electrochemische cel
Oefentoets over reductoren, oxidatoren en elektronenstromen.
Bekijk de toets
studiehulp icoon Zuren-basen
Scheikunde | Havo | 5
Oefentoets
Zuren-basen
Oefentoets over zuur-basereacties en pH berekenen.
Bekijk de toets
studiehulp icoon Polymeren
Scheikunde | Havo | 5
Oefentoets
Polymeren
Oefentoets over polymeren en polymerisatiereacties.
Bekijk de toets
studiehulp icoon Biochemie
Scheikunde | Havo | 5
Oefentoets
Biochemie
Oefentoets over aminozuren, enzymen en eiwitten.
Bekijk de toets
studiehulp icoon Redoxreacties
Scheikunde | Havo | 5
Oefentoets
Redoxreacties
Oefentoets over lading, oxidatoren en reductoren.
Bekijk de toets
studieorientatie icoon Een chemische gereedschapskist voor de toekomst Indicatie dat de post een filmpje is
Wo | Onderzoek & Wetenschap
Beroep
Een chemische gereedschapskist voor de toekomst
Danny werkt aan alternatieven voor aardolie.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Orgaanschade omkeren Indicatie dat de post een filmpje is
Wo | Onderzoek & Wetenschap
Beroep
Orgaanschade omkeren
Patricia doet onderzoek naar synthetische materialen.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon DNA naar wens aanpassen Indicatie dat de post een filmpje is
Wo | Onderzoek & Wetenschap
Beroep
DNA naar wens aanpassen
John vertelt over zijn ontdekking van het CRISPR-Cas systeem.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Een duurzame coating Indicatie dat de post een filmpje is
Wo | Onderzoek & Wetenschap
Beroep
Een duurzame coating
Hung Chien zoekt een duurzame manier om coatings te maken.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Een huid voor robots Indicatie dat de post een filmpje is
Wo | Onderzoek & Wetenschap
Beroep
Een huid voor robots
Professor Zhenan werkt aan kunstmatige elektronische huid.
Bekijk het filmpje