PAU Química 2015 · Juny · Sèrie 4 · Exercici 5

5. Les bateries recarregables d’ió liti s’utilitzen en els dispositius mòbils i en els ordinadors. Contenen un elèctrode format pels materials LiCoO2(s) i CoO2(s), i un altre elèctrode for­ mat pels materials C(s) i LiC6(s). La bateria té, a més, una substància entre els elèctrodes per a facilitar el moviment dels ions Li+. a) Quan aquesta bateria funciona com una pila, les semireaccions que es produei­ xen en els elèctrodes són: Esquema del funcionament d’una bateria d’ió liti CoO2 + Li+ + e– → LiCoO2 LiC6 → 6 C + Li+ + e– Justifiqueu quina semireacció es produeix a l’ànode i quina es produeix al càtode, i escriviu la reacció global. Calculeu la força electromotriu de la bateria si sabem que la variació d’energia lliure de la reacció global és −357,1 kJ per mol de CoO2. [1 punt] b) Quan carreguem la bateria, efectuem un procés electrolític i regenerem CoO2 i LiC6 en els elèctrodes, segons les semireaccions següents: LiCoO2 → CoO2 + Li+ + e– 6 C + Li+ + e– → LiC6 Calculeu la massa de LiC6 que es formarà en un dels elèctrodes si carreguem la bateria durant 2,5 h i hi fem passar una intensitat de corrent de 0,50 A. [1 punt] Dades:  Constant de Faraday: F = 9,65 × 104 C mol–1.

Elèctrodes (semireaccions en la pila) [0,3 p] Semireacció al càtode: CoO2 + Li+ + e–  LiCoO2 Semireacció a l’ànode: LiC6  6 C + Li+ + e– Justificació: En el càtode sempre té lloc la semireacció de reducció, és a dir, es guanyen electrons; en l’ànode té lloc la semireacció d’oxidació, és a dir, es perden electrons.  Si no fan cap justificació, o és totalment incorrecte, es penalitzen 0,3 p. Reacció global de la pila Sumem les dues semireaccions (simplifiquem e- i Li+) CoO2 + LiC6  LiCoO2 + 6 C [0,2 p] Força electromotriu de la pila Relació entre la variació d’energia lliure i la força electromotriu d’una pila:  G =  n F E [0,2 p] Dades: G = 357 kJ = 357000 J n = 1 (un electró) F= 9,65x104 C / mol E = G / n F =  (357000 ) / (1 x 9,65x104) E = 3,7 V  La força electromotriu de la pila és 3,7 V [0,3 p]  Si no indiquen les unitats de la força electromotriu, o són errònies, es penalitza 0,1 p. Procés electrolític (càrrega de la bateria) Reacció en el càtode: 6 C + Li+ + e–  L […]