电化学称MCAT:你需要知道的一切
/医学院成就测试的关键概念了解电化学,加上实践问题和答案
(注:本指南是我们的一部分称MCAT普通化学系列)。
表的内容
第1部分:介绍电化学
第2部分:细胞的潜力
氧化和还原电位
b)电动势
第3部分:细胞浓度
电势的计算)
b)能斯特方程
第4部分:电化学电池
一)伏打电池
b)电解电池
c)电池
第5部分:高收益的条件
第6部分:Passage-based问答
第7部分:独立的问题和答案
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第1部分:介绍电化学
电化学电池在你开车,你的手机运行,甚至权力细胞在你的身体!因此,电化学具有较高的生物和医学的重要性。
在本文中,我们将复习所有你需要知道的关于电化学称MCAT。我们将讨论这些概念是如何应用使用不同的电化学细胞人类生物学以及他们的应用程序。
在这个指南,强调在几个重要的条款大胆。本指南,年底还有几个AAMC-style练习题对你测试你的知识。
让我们开始吧!
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第2部分:细胞的潜力
氧化和还原电位
回想一下,减少和氧化反应是原子交换电子类型的反应。氧化指的是电子从一个原子的丧失,而减少指的是获得电子的原子。助记符”石油钻井平台,“氧化减少损失和获得,可能是有帮助的,它可以帮你记住这个区别。(有关这些主题的更多信息,请参考我们的导游在氧化和还原反应)。
的标准的氧化电位告诉我们如何可能物种是氧化,或失去电子,下标准条件(1 m的浓度,1 atm压力,298 k)。类似地,标准的还原电位告诉我们如何可能是物种减少,或获得电子,在标准条件下。这两个以伏特(V)。
相对于一个还原和氧化电位测量参比电极,如标准氢电极(她)或饱和甘汞电极(SCE)。这些参考电极使我们能够计算半反应的emf与基准价值。因此,一个参比电极是假定为零电位(0 V)与本身。
在分析氧化和还原电位是至关重要的因素电化学电池。电化学细胞含有两套电极:阳极和阴极。电子从阳极和向阴极。因此,发生在阳极氧化和减少发生在阴极。(另一个有用的助记符是“一头牛,红猫”:最初几个音节的单词阳极氧化,和reduction-cathode)。
b)电动势
Ag)ydF4y2Ba半反应显示了化学氧化或还原,发生在一个电极。因此,净电化电池需要总体方程两个半反应。
当面对一个问题,你需要计算标准的电动势,你最有可能得到一组标准的半反应及其减排潜力。例如,您可能会看到这样的:
B++ e- - - - - -→B (E°减少= 0.6 V)
这些半反应怎么能放在一起来代表整个电化电池吗?
因此,半反应涉及B会发生在相反的方向。因此,更好的代表物种的氧化B如下:
注意,E°氧化的半反应x = 1°E减少,反之亦然。
因此,净反应在我们的例子中电化电池如下:
下表提供了几种不同的半反应还原势的例子。您不需要记住这些测试天,在需要的时候将提供所需的值。
| 反应 | °E (V) |
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第3部分:细胞浓度
电势的计算)
细胞浓度是一种电化学细胞通过浓度梯度可以自发地产生电流。这些类型的细胞通常包含两个或两个以上的隔间,半透膜隔开。梯度创建与正或负电荷的粒子穿过半透膜或电影。
这个浓度梯度驱动的流动电子穿过半透膜。由于电子和净电荷移动方向相同浓度梯度,这创造了一个电动势。重要的是要注意,电子的流动的电流方向是相反的。(电流和电路的更多信息,一定要参考我们的导游在静电学、磁性和电路)。最后,一旦丢失,梯度浓度成为平衡的,电动势返回零。
我们身体内的神经元细胞浓度的一个很好的例子。回想一下,电化学梯度对神经元的功能至关重要。例如,神经元需要阳离子和阴离子保持静止的潜力。(有关更多信息,一定要参考我们的导游在神经系统)。这价值-70 mV,这意味着细胞更消极的内部细胞的相对于外。然而,当这是扰乱到足够的程度,神经元可能触及-55 mV的阈值。这将触发一个动作电位发生。
图:一个插图的细胞浓度作为细胞通过阳离子和阴离子的交换。紫色的分子代表各种各样的钾在细胞阴离子,阳离子可以绑定。
b)能斯特方程
回想一下,在表中列出的电动势值只提供标准条件。如果电化电池放在非标准条件:在不同的温度超过298 k,或不同的压力比1自动取款机?
的能斯特方程让我们来计算产生的电动势在非标准条件下浓度细胞。
E细胞:非标准条件下的电动势
°E细胞在标准条件下:电动势
n:电子的摩尔数
问:反应商
发现反应商使用产品的浓度和反应物的反应。记住,仅包含了水物种。如果反应公式aA(年代)+ bB(aq)→cC(年代)+ dD(aq)商,那么反应是:
为测试一天,能斯特方程很可能给你。所以,它将没有必要记住方程。重点理解每一项。简而言之,能斯特方程说明电动势是一个函数的带电粒子在细胞内的浓度。
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第4部分:电化学电池
一)伏打电池
伏打电池,或电电池,执行自发反应和有积极的电动势。因此,阳极在原电池是负的,而阴极是正的。在原电池中,阴极还原电位高于阳极。
让我们到目前为止所学的应用到一个例子。
B++ e- - - - - -→B(年代)°E减少= -0.68 V
因为我们有一个原电池,有几件事我们知道马上。
- 的整体电动势细胞必须是积极的。
- 半反应涉及物种必须发生在阴极,因为它有一个更高的还原电位。因此,一个+是自发减少到(年代)。
- 在阳极氧化必须发生。因此,提出了反向的半反应会发生,因为它有较低的还原电位。因此,B(年代)B自发氧化吗+。
°E细胞-0.68 = 0.28 V (V)
°E细胞= 0.96 V
伏打电池还需要的存在盐桥。这是一个至关重要的结构,它包含一个惰性盐。
作为原电池阴极获得更多的电子,它积累一个负电荷。同样,作为阳极失去更多的电子,它积累一个正电荷。两个电极越来越带电,反应变得不那么有效。(换句话说,它变得很难添加带负电荷的电子已经带负电的地区。)为了解决这个问题,盐桥向阳极发送阴离子和阳离子向阴极上的电荷中和水解决方案。这些阴离子和阳离子可以是任何带电化学物种不易氧化或减少。
图:一个伏打/原电池。
虽然它可能很难确定哪些结束结束的阳极和阴极,记住的总体emf伏打电池必须是正的。这使得当前的自然流动。
b)电解电池
电解电池开展非自发反应和负面电动势。换句话说,电能的来源需要执行化学半反应。这个过程被称为电解,的化学物种进行分解被称为电解质。
电解细胞直接与伏打电池。电解池的阳极是正的,而阴极是负的。在一个电解池中,外部电压源使阳极还原电位高于阴极。
注意,尽管这些指控时不同的阳极和阴极电解和电细胞相比,氧化和还原的网站保持不变。这是很重要的:对于所有电化学电池,阳极氧化和阴极的网站的网站。(助记牛,红猫适用于所有电化学电池。)
让我们到目前为止所学的应用到一个例子。
B++ e- - - - - -→B(年代)°E减少= -0.68 V
有一些关键的事情我们可以立即确定由于其身份作为一个电解池。
- 电池的电动势将是负的。
- 半反应涉及物种是一个发生在我们的阳极,因为它有一个更高的还原电位。因为在阳极发生氧化反应,我们会有相反的反应的发生。因此,一个(年代)将氧化+。
- 半反应涉及物种B将发生在我们的阴极,因为它有一个低的还原电位。由于减少总是发生在阴极,B+将减少B吗(年代)。
°E细胞0.28 = -0.68 V (V)
°E细胞= -0.96 V
图:一个电解池。
总之,伏打和电解细胞是不同的化学系统,遵循相同的化学原则。具有阳极和阴极,利用reduction-oxidation反应生成电子的流动。
| 阳极 | 阴极 | 电子流 | 自发性 | |
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c)电池
电池是可充电电化学细胞。当电池充电时,他们作为电解电池。当电池放电时,他们作为电细胞。
医学院成就测试的目的,你应该熟悉两个重要的电池。
第二个是镍镉电池。当这个电池放电时,正极由镉、镍(III)的阴极是由oxide-hydroxide。两个电极接触氢氧化钾(KOH)解决方案。完全放电时,正极由氢氧化镉、镍(II)的阴极由氢氧化。镍镉充电电池,电极分离返回的原始成分阳极(Cd)和阴极(NiO (OH))。
关于作者
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确认:Sahil聊拉
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第5部分:高收益的条件
标准的还原电位:电压造成一个物种的减少
标准条件:1 m的浓度,1大气压力、温度为298 k
电动势(emf):计算E°细胞= E°减少阴极- E°降低阳极
浓差电池:一个自发电化电池产生电流通过浓度梯度
能斯特方程E:细胞= E°细胞- (0.0592 / n)日志(问)
伏打(电)细胞:电化电池进行自发的氧化还原反应
盐桥:维护伏打电池的效率使用惰性盐在水溶液中和的指控
电解池:电化电池进行非自发的反应
铅蓄电池:可充电电池组成的铅阳极和PbO2卸货时阴极;当充电时,两电极由PbSO组成4
镍镉电池:一个可充电电池组成的NiO Cd阳极和阴极(哦);当充电时,正极包括Cd(哦)2和阴极由倪(哦)2
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第6部分:Passage-based问答
丹尼尔细胞是一种带电池之前在欧洲广泛使用电报工业。典型的丹尼尔电池包含一个盐桥连接阳极电极的硫酸锌溶液浸锌板,以及阴极电极的硫酸铜溶液,浸铜盘。一种多孔金属之间存在障碍。出院时,锌阳极氧化根据方程1。
方程1
同时,根据方程2阴极铜降低了。
方程2
由于严重的自放电和无法充电,丹尼尔电池被现代可充电电池技术所取代。现代的解决方案包括lead-storage电池开发于1859年,并于1909年开发的镍镉电池。电池放电lead-storage表达的半反应方程3和4。
方程3
二氧化铅(年代)+ SO42 -(aq)+ 4 h++ 2 e- - - - - -→PbSO4(年代)+ 2水(E°减少= 1.69 V)
方程4
一)锌(年代)+铜2 +(aq)→锌2 +(aq)+铜(年代)
B)锌2 +(aq)+铜(年代)→锌(年代)+铜2 +(aq)
C)锌(aq)+铜2 +(aq)→锌2 +(年代)+铜(年代)
D)锌2 +(年代)+铜(年代)→锌(年代)+铜2 +(年代)
Q =[锌2 +][铜]/[铜(锌)2 +]
B) Q =[锌2 +]/[铜2 +]
C) Q =(铜(锌)2 +]/[锌2 +)(铜)
D) Q =[锌2 +)/(锌)
问题3:下面哪个准确地描述了过程发生在lead-storage电池吗?
放电时,电极都是相同的
B)放电时,正极由元素铅和铅的阴极由氧化(IV)
C)放电时,正极由铅氧化(IV)和阴极由元素铅
D)电极放置在氢氧化钾溶液
问题4:下面哪个准确描述镍镉电池吗?
一)完全出院的时候,两个电极都是相同的
B)放电时,正极由元素镉和阴极由元素镍
C)为电池充电,它必须作为一个电解池
D)电极在硫酸溶液
问题5:什么是卸货lead-storage电池的电动势?
)-1.33 V
B) 1.33 V
C) -2.05 V
D) 2.05 V
回答passage-based的关键问题
2。答案选B是正确的。反应系数的表达式包含产品的浓度的乘积除以反应物的浓度的乘积。(有关更多信息,一定要参考我们的导游在化学平衡和动力学)。此外,每个物种的浓度是提高功率等于其在平衡方程的系数。丹尼尔的总反应细胞锌(年代)+铜2 + (aq)→锌2 + (aq)+铜(年代)。反应系数只包括水物种的浓度、固体或溶剂的存在被忽略(选择A, C和D是错误的)。
3所示。答案选B是正确的。卸货lead-storage电池由一个铅阳极氧化和铅(IV)阴极(选择A和C是错误的)。铅元素指的是Pb电荷为零,零的氧化态。硫酸作为桥连接两个电极。在镍镉电池,电极都沉浸在氢氧化钾溶液(D选项是不正确的)。
4所示。答案选C是正确的。所有电池,他们必须函数时电解电池充电。然而,当卸货,他们作为原电池。当完全放电,镍镉电池的阳极由氢氧化镉、镍(II)的阴极由氢氧化(选择一个是不正确的)。放电时,正极包括镉、和阴极由镍(III) oxide-hydroxide(选B是不正确的)。两电极在氢氧化钾溶液(D选项是不正确的)。
5。答案选D是正确的。相关的氧化和还原半反应提供了通道。因为总是发生在阳极氧化,还原总是发生在阴极,这些值可以进入标准电动势的公式:
°E细胞-0.36 = 1.69 V (V)
°E细胞= 2.05 V
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第7部分:独立的问题和答案
问题1:下面哪个准确描述标准条件?
浓度1 m, 760毫米汞柱压力,298 k
B) 1 m的浓度,1 atm, 20˚C
C) 1 m的浓度,1托,298 k
D)浓度,1米1 atm, 273 k
问题2:下列哪个陈述最准确地描述了细胞浓度?
一)非自发电化学细胞生成当前使用浓度梯度
B)自发电解电池产生电流通过浓度梯度
C)电细胞通过浓度梯度产生电流
D)电池储存能量,形成浓度梯度
问题3:下列哪个陈述关于伏打电池的阳极假吗?
阳极氧化的网站)
B)电流从阳极
C)阳极比阴极还原电位较低
D)电子从阳极流
问题4:下面的半反应发生在一个标准条件下伏打电池。是什么产生的电动势电化电池吗?
锌2 ++ 2 e- - - - - -→锌(E°减少= -0.76 V)
)-0.42 V
B) 1.1 V
C) 0.42 V
D) -1.1 V
问题5:下面哪个准确地描述了原电池和电解池之间的区别吗?
)非自发伏打电池,而一个电解池是自发的
B)伏打电池,阳极氧化的网站,而在一个电解池,它是减少的
C)伏打电池,负极是负的,而在一个电解池,它是积极的
D)伏打电池,正极是负的,而在一个电解池,它是积极的
回答独立实践的关键问题
1。答案的选择是正确的。标准条件被定义为1 m的浓度,1 atm的压力和温度298 k (D选项是不正确的)。atm的压力相当于760 mmhg或760托(C选项是不正确的)。温度298 K = 25˚C(选B是不正确的)。
2。答案选C是正确的。浓度细胞自发电化学细胞生成当前使用浓度梯度。带电粒子的浓度梯度创建并使用一层半透膜分离。这些带电粒子的运动沿着浓度梯度生成电流(选择是不正确的)。浓度细胞是自发的,因为他们依赖于粒子的自发运动沿着浓度梯度(D选项是不正确的)。电解细胞严格非自发(选B是不正确的)。
3所示。答案选B是正确的。电化学电池,阳极氧化的网站是真实的(选择)。此外,电子总是从阳极向阴极流动(选D是真的)。因为电流相反的方向流动的电子,它从阴极流向阳极(选B是假的)。伏打电池,或者原电池阴极还原电位高于阳极(选C是真的)。
4所示。答案选B是正确的。由于这个反应发生在一个原电池,涉及银的半反应发生在阴极的还原电位更高。因此,半反应涉及锌阳极将发生。这些还原电位可以进入下面的公式发现标准电池的潜力:
°E细胞-0.76 = 0.34 V (V)
°E细胞= 1.1 V
回想一下,伏打/电细胞自发的电化学电池。因此,这些细胞所产生的电磁场总是大于零(选择A和D是错误的)。注意,如果这个反应发生在非标准方程(例如,不同浓度从1米),必须应用能斯特方程。
5。答案选D是正确的。伏打电池,阳极带负电,阴极是带正电的。一个电解池的阳极带正电,阴极是带负电荷的(选项C是错误的)。原电池是自发的,而非自发一个电解池(选择一个是不正确的)。无论哪一类型的电化学电池,阳极氧化的网站(选B是不正确的)。