---
title: "Elektrochemische cellen en elektrolyse"
book: "Scheikunde van basisschool tot bovenbouw"
subject: chemistry
language: nl
chapter: 47
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/47-elektrochemische-cellen-en-elektrolyse
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
---

# Hoofdstuk 47 — Elektrochemische cellen en elektrolyse

Een telefoon staat op een winteravond op 1 % en valt uit. Een nacht aan de lader, en ’s ochtends is hij weer vol. In zijn [accu](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) verloopt overdag dezelfde [chemische reactie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reaction) de ene kant op, waarbij elektrische energie vrijkomt, en ’s nachts wordt ze door de lader de andere kant op gedreven. Een [redoxreactie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-reaction) wordt een bron van elektriciteit als je haar [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) door een draad laat lopen; en elektriciteit die door een oplossing wordt gestuurd, kan een [redoxreactie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-reaction) afdwingen die uit zichzelf nooit zou verlopen.

**Wat je al weet.**

[Oxidatoren](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidant) nemen [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) op, [reductoren](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidant) staan ze af; [halfreacties](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-couple), [redoxkoppels](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-couple) en [redoxreacties](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-reaction) ([Hoofdstuk 35](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#ch-g11-redox)). Een systeem verandert tot $Q = K$ ([Hoofdstuk 43](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/43-chemisch-evenwicht-quotient-en-constante#ch-g12-equilibrium)). Oplossingen van [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) geleiden ([Hoofdstuk 17](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#ch-g9-ions)); de [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) en de [constante van Avogadro](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-avogadro) ([Hoofdstuk 25](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#ch-g10-the-mole)).

![Een telefoon opladen: een reactie die ’s nachts achteruit wordt gedreven.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-49517e36d302.jpg)

*Een telefoon opladen: een reactie die ’s nachts achteruit wordt gedreven.*

## 47.1 Een redoxreactie in tweeën gesplitst

Als een zinken strip in een oplossing van kopersulfaat wordt gedompeld, wordt zink geoxideerd en worden koperionen gereduceerd aan het oppervlak van de strip, $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$: de [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) gaan direct van het [metaal](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/20-het-periodiek-systeem-een-eerste-blik#def-g9-periodic-table-first-look-metal) naar de [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion), en de energie gaat verloren als een beetje warmte. Scheid de twee helften, en verbind ze met een draad: de [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) moeten nu door de draad, en kunnen onderweg een lampje laten branden.

**Definitie 47.1 (Elektrochemische cel, halfcel, zoutbrug).**

Een *elektrochemische cel* levert elektrische energie uit een [redoxreactie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-reaction) waarvan de [oxidatie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) en de [reductie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) in twee gescheiden compartimenten plaatsvinden. Elk compartiment, een [metalen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/20-het-periodiek-systeem-een-eerste-blik#def-g9-periodic-table-first-look-metal) elektrode in een oplossing van zijn [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion), is een *halfcel*. Een *zoutbrug*, een buisje of een strook papier gedrenkt in een oplossing van [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion), verbindt de twee oplossingen en sluit de stroomkring, terwijl ze gescheiden blijven.

**Definitie 47.2 (Anode, kathode).**

De elektrode waar een [oxidatie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) plaatsvindt, is de *anode*; de elektrode waar een [reductie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) plaatsvindt, is de *kathode*.

![De Daniell-cel. Elektronen verlaten de zinken anode via de draad en komen de koperen kathode binnen; in de zoutbrug bewegen ionen zo dat elke oplossing neutraal blijft.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-b665286003bc.svg)

*De Daniell-cel. [Elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) verlaten de zinken [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) via de draad en komen de koperen [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) binnen; in de [zoutbrug](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell) bewegen [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) zo dat elke oplossing neutraal blijft.*

**Propositie 47.3 (Waar de elektronen heen gaan).**

In een cel die stroom levert, verlaten de [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) de cel via de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), waar ze bij de [oxidatie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) vrijkomen, gaan ze door de uitwendige stroomkring, en komen ze binnen via de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), waar de [reductie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) ze opneemt. De [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) is de negatieve pool, de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) de positieve. Binnenin wordt de stroom gedragen door [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion): [kationen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) bewegen naar de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), [anionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) naar de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**Bewijs.** De [oxidatie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) levert [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) aan de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode); de [reductie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) verbruikt ze aan de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode); de draad is de enige weg tussen die twee. Anders zou elke oplossing geladen raken, en dat voorkomen de [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) van de [zoutbrug](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell). ∎

**Methode 47.4 (Een cel beschrijven).**

1. Schrijf de totale [redoxreactie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-reaction) op die vanzelf verloopt.
2. Splits haar in twee [halfreacties](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-couple) : de [oxidatie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) ( [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ) en de [reductie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) ( [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ).
3. Geef de polariteit aan: [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $-$ , [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $+$ ; de richting van de [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) in de draad (van [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) naar [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ) en van de stroom (van [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) naar [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ).
4. Beschrijf de beweging van de [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) in de [zoutbrug](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell) .

**Geschiedenis — De zuil van Volta, 1800.**

In 1800 stapelde de natuurkundige Alessandro Volta schijfjes van twee verschillende [metalen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/20-het-periodiek-systeem-een-eerste-blik#def-g9-periodic-table-first-look-metal), zink en koper of zilver, gescheiden door lapjes stof gedrenkt in pekel, en kreeg zo een constante elektrische stroom: de eerste batterij. Ze gaf natuurkundigen hun eerste continue bron van elektriciteit, en scheikundigen een nieuw werktuig: binnen een paar jaar had [elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) voor het eerst natrium en kalium geïsoleerd.

![Een zuil van Volta in een museum. Foto GuidoB, CC BY-SA 3.0.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-90c8f7e514de.jpg)

*Een zuil van Volta in een museum. Foto GuidoB, CC BY-SA 3.0.*

## 47.2 De spanning van een cel

**Definitie 47.5 (Celspanning).**

De *celspanning* is de spanning die met een voltmeter gemeten wordt tussen de polen van een cel die geen stroom levert (open stroomkring); ze is positief als de plus van de voltmeter op de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) zit.

**Voorbeeld 47.6 (De Daniell-cel).**

Met beide oplossingen op $1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ geeft de Daniell-cel $1.10\,\mathrm{V}$. Hoe je zo’n spanning voorspelt met tabellen van elektrodepotentialen, laat het deel voor het eerste universiteitsjaar zien.

**Opmerking 47.7 (Waarom een cel leegraakt).**

De reactie van de cel, $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$, heeft een heel grote constante $K$. Terwijl de cel werkt, neemt $Q = [\ce{Zn^{2+}}]/[\ce{Cu^{2+}}]$ toe, en de reactie blijft lopen zolang $Q < K$. Als een [beginstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant) op is (het zink, of de koperionen), stopt de stroom: de cel is “leeg”.

## 47.3 Lading en capaciteit

**Definitie 47.8 (Constante van Faraday, capaciteit).**

De *constante van Faraday* $F$ is de elektrische lading van één [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus), $F = N_A e = 96\,485\,\mathrm{C}/\mathrm{mol}$. De *capaciteit* van een cel is de grootste elektrische lading die ze kan leveren, vaak opgegeven in ampère-uur: $1\,\mathrm{A}\,\mathrm{h} = 3600\,\mathrm{C}$.

**Propositie 47.9 (Lading en hoeveelheid elektronen).**

Een stroom $I$ die gedurende een tijd $\Delta t$ loopt, voert de lading $Q = I\,\Delta t$ mee, dat is een hoeveelheid [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus)

$$
n(e^-) = \frac{Q}{F} = \frac{I\,\Delta t}{F} .
$$

**Bewijs.** Elk [elektron](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) draagt de elementaire lading $e$; $n$ [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) dragen $n N_A e = n F$. ∎

**Voorbeeld 47.10 (Capaciteit van een Daniell-cel).**

De zinkelektrode bevat $6.5\,\mathrm{g}$ zink dat kan reageren, dat is $6.5/65.4 = 0.099\,\mathrm{mol}$. Elk zinkatoom geeft twee [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus): $n(e^-) = 0.199\,\mathrm{mol}$, dus $Q = 0.199 \times 96485 = 1.9 \times 10^{4}\,\mathrm{C}$, ongeveer $1.9 \times 10^{4}\,/3600 = 5.3\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$, als de koperionen niet eerder opraken.

## 47.4 Elektrolyse

**Definitie 47.11 (Elektrolyse, accu).**

Een *elektrolyse* is een [redoxreactie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-reaction) die door een elektrische spanningsbron wordt afgedwongen, in de richting tegengesteld aan die welke ze uit zichzelf zou nemen. Een *accu* is een cel die je kunt opladen: tijdens het opladen drijft de spanningsbron haar reactie achteruit, als een elektrolyse.

**In het laboratorium — Elektrolyse van water.**

Twee elektroden staan in water dat geleidend is gemaakt met een beetje natriumsulfaat, elk onder een omgekeerde reageerbuis vol oplossing. Met een spanningsbron van een paar volt stijgen er belletjes op bij beide elektroden: bij de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (verbonden met de $-$-pool) waterstof, bij de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) zuurstof, twee keer zoveel van het eerste als van het tweede. Een brandende spaander geeft in het eerste gas een plofje; een gloeiende spaander vlamt in het tweede weer op.

![Elektrolyse van water: boven de elektroden verzamelt zich twee keer zoveel waterstof als zuurstof.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-804da8b4d3d6.svg)

*[Elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) van water: boven de elektroden verzamelt zich twee keer zoveel waterstof als zuurstof.*

**Voorbeeld 47.12 (Water, gesplitst).**

Aan de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): $\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}$; aan de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): $\ce{6H2O -> O2 + 4H3O+ + 4e-}$. Voor vier [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) ontstaan twee [moleculen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) waterstof en één [molecuul](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) zuurstof, terwijl de [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) $\ce{H3O+}$ en $\ce{OH-}$ die aan de twee elektroden ontstaan, weer water vormen: totaal $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$, het omgekeerde van de [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van waterstof, waarvoor energie nodig is.

**Methode 47.13 (Massa die bij een elektrolyse neerslaat).**

1. Schrijf de [halfreactie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-couple) op aan de elektrode waar het [metaal](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/20-het-periodiek-systeem-een-eerste-blik#def-g9-periodic-table-first-look-metal) ontstaat, bijvoorbeeld $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$ .
2. Bereken de lading $Q = I \Delta t$ en $n(e^-) = Q/F$ .
3. Deel door het aantal [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) per [atoom](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-atom) : $n(\ce{Cu}) =  n(e^-)/2$ ; daarna $m = n \times M$ .

**Voorbeeld 47.14 (Koper raffineren).**

Onzuiver koper uit de smelterij wordt de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) van een elektrolysecel in een oplossing van kopersulfaat, en een dun plaatje zuiver koper de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode). Aan de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) lost koper op, $\ce{Cu -> Cu^{2+} + 2e-}$; aan de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) slaat zuiver koper neer, $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$; de verontreinigingen zakken naar de bodem of blijven in oplossing. Een stroom van $100\,\mathrm{A}$ gedurende $24\,\mathrm{h}$ voert $Q = 100 \times 86400 = 8.64 \times 10^{6}\,\mathrm{C}$ mee, dat is $n(e^-) = 89.5\,\mathrm{mol}$, waarmee $89.5/2 = 44.8\,\mathrm{mol}$ koper neerslaat: $2.84\,\mathrm{kg}$.

![Koper raffineren door elektrolyse: koper gaat via de oplossing van de onzuivere anode naar de zuivere kathode.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-a0d48e10f289.svg)

*Koper raffineren door [elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis): koper gaat via de oplossing van de onzuivere [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) naar de zuivere [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).*

## 47.5 Batterijen, accu’s en brandstofcellen

Elke batterij is een cel, elke oplaadbare batterij een [accu](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis). De loodaccu van een auto werkt met lood, loodoxide en zwavelzuur; de lithiumionaccu van een telefoon verplaatst lithiumionen tussen twee elektroden, een van grafiet en een van een metaaloxide, door een vloeibare elektrolyt of een polymeerelektrolyt, terwijl de [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) via de uitwendige stroomkring rondgaan. Een brandstofcel is een cel waarvan de [beginstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant) voortdurend worden aangevoerd: een waterstofbrandstofcel laat de reactie $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$ verlopen, het omgekeerde van de [elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) van water, en levert elektriciteit en water. Waterstof die door [elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) met elektriciteit uit wind of zon wordt gemaakt en daarna in brandstofcellen wordt gebruikt, is een manier om die elektriciteit op te slaan.

![Een hal met elektrolysers: water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-2386bb811d27.jpg)

*Een hal met elektrolysers: water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof.*

## 47.6 Oefeningen

**Oefening 47.1 ★.**

Welke elektrode is in de Daniell-cel de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)? En de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)? Schrijf bij elk de [halfreactie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-couple) op.

**Oplossing van Oefening 47.1.**

De zinkelektrode is de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), $\ce{Zn -> Zn^{2+} + 2e-}$; de koperelektrode is de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$.

**Oefening 47.2 ★.**

Een stroom van $0.20\,\mathrm{A}$ loopt gedurende $30\,\mathrm{min}$. Bereken de lading die meegevoerd wordt en de hoeveelheid [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**Oplossing van Oefening 47.2.**

$Q = 0.20 \times 1800 = 360\,\mathrm{C}$; $n(e^-) = 360/96485 =
3.7 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$.

**Oefening 47.3 ★.**

Wat is de rol van de [zoutbrug](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell)? Wat gebeurt er als je haar weghaalt?

**Oplossing van Oefening 47.3.**

Ze sluit de stroomkring en houdt elke oplossing elektrisch neutraal, doordat haar [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) de compartimenten in bewegen. Zonder [zoutbrug](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell) is de stroomkring open: er loopt geen stroom, de voltmeter wijst nul aan en een lampje blijft uit.

**Oefening 47.4 ★.**

Reken een [capaciteit](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) van $2.5\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$ om in coulomb.

**Oplossing van Oefening 47.4.**

$2.5 \times 3600 = 9000\,\mathrm{C}$.

**Oefening 47.5 ★.**

Verloopt de reactie bij een [elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) vanzelf? Wat levert de energie?

**Oplossing van Oefening 47.5.**

Nee: de reactie verloopt in de richting tegengesteld aan de spontane. De spanningsbron levert de energie.

**Oefening 47.6 ★★.**

Een cel bestaat uit een zilverelektrode in zilvernitraat en een koperelektrode in kopersulfaat. De voltmeter laat zien dat de [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) via het koper vertrekken. Schrijf de [halfreacties](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-couple) op, benoem de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) en de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), en geef de totale reactie.

**Oplossing van Oefening 47.6.**

[Anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (koper, $-$): $\ce{Cu -> Cu^{2+} + 2e-}$. [Kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (zilver, $+$): $\ce{Ag+ + e- -> Ag}$. Totaal: $\ce{Cu + 2Ag+ -> Cu^{2+} + 2Ag}$.

**Oefening 47.7 ★★.**

Een horlogebatterij levert drie jaar lang voortdurend $10\,\text{µ}\mathrm{A}$. Wat is haar [capaciteit](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) in $\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$?

**Oplossing van Oefening 47.7.**

Drie jaar is $3 \times 365 \times 24 = 26\,280\,\mathrm{h}$; $0.010 \times 26280 = 263\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$.

**Oefening 47.8 ★★.**

Een lepel wordt verzilverd met een stroom van $0.50\,\mathrm{A}$ gedurende $40\,\mathrm{min}$, $\ce{Ag+ + e- -> Ag}$. Welke massa zilver slaat er neer?

**Oplossing van Oefening 47.8.**

$Q = 0.50 \times 2400 = 1200\,\mathrm{C}$; $n(e^-) = n(\ce{Ag}) =
1200/96485 = 0.0124\,\mathrm{mol}$; $m = 0.0124 \times 107.9 =
1.34\,\mathrm{g}$.

**Oefening 47.9 ★★.**

Geef in de figuur van de Daniell-cel de richting van de stroom in de draad, en de richting waarin de [ionen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) $\ce{K+}$ en $\ce{NO3-}$ van de [zoutbrug](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell) bewegen.

**Oplossing van Oefening 47.9.**

De stroom loopt in de draad van het koper ($+$) naar het zink ($-$), tegengesteld aan de [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus). De $\ce{K+}$-ionen bewegen naar het kopercompartiment, dat $\ce{Cu^{2+}}$ verliest; de $\ce{NO3-}$-ionen naar het zinkcompartiment, dat $\ce{Zn^{2+}}$ wint.

**Oefening 47.10 ★★.**

Vergelijk een cel en een [elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis): het teken van de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), de richting van de reactie, de omzetting van energie.

**Oplossing van Oefening 47.10.**

In beide gevallen is de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) de plek waar de [oxidatie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) plaatsvindt. In een cel is de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $-$, verloopt de reactie vanzelf en wordt chemische energie elektrische energie; bij een [elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) is de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) verbonden met de $+$ van de spanningsbron, wordt de reactie afgedwongen en wordt elektrische energie chemische energie.

**Oefening 47.11 ★★.**

Bij de [elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) van water wordt $24\,\mathrm{mL}$ waterstof opgevangen. Welk volume zuurstof wordt er tegelijk opgevangen? Waarom?

**Oplossing van Oefening 47.11.**

$12\,\mathrm{mL}$: de vergelijking $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$ geeft twee [moleculen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) waterstof op één [molecuul](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) zuurstof, en gelijke hoeveelheden gas nemen gelijke volumes in.

**Oefening 47.12 ★★★.**

Een Daniell-cel bevat $5.0\,\mathrm{g}$ zink en $100\,\mathrm{mL}$ kopersulfaat van $0.50\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$. Welke [beginstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant) raakt het eerst op? Wat is de [capaciteit](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) van de cel? Hoe lang kan ze $50\,\mathrm{mA}$ leveren?

**Oplossing van Oefening 47.12.**

$n(\ce{Zn}) = 5.0/65.4 = 0.076\,\mathrm{mol}$; $n(\ce{Cu^{2+}}) = 0.100 \times 0.50 = 0.050\,\mathrm{mol}$; ze reageren één op één, dus de koperionen raken het eerst op. $n(e^-) = 2 \times 0.050
= 0.100\,\mathrm{mol}$, $Q = 9.65 \times 10^{3}\,\mathrm{C} = 2.68\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$. Bij $50\,\mathrm{mA}$: $2.68/0.050 = 54\,\mathrm{h}$.

**Oefening 47.13 ★★★.**

Een batterij van $1.5\,\mathrm{V}$ levert $2.0\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$. Bereken de energie die ze opslaat ($E = Q U$), in joule en in wattuur.

**Oplossing van Oefening 47.13.**

$Q = 2.0 \times 3600 = 7200\,\mathrm{C}$; $E = 7200 \times 1.5 =
1.08 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$, dat is $1.5 \times 2.0 = 3.0\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$.

**Oefening 47.14 ★★★.**

Water wordt gedurende $1.0\,\mathrm{h}$ geëlektrolyseerd met $2.0\,\mathrm{A}$. Bereken de hoeveelheden, en daarna de volumes bij $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ($V_m = 24.1\,\mathrm{L}/\mathrm{mol}$), van de waterstof en de zuurstof die ontstaan.

**Oplossing van Oefening 47.14.**

$Q = 7200\,\mathrm{C}$, $n(e^-) = 0.0746\,\mathrm{mol}$. Twee [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) per $\ce{H2}$: $n(\ce{H2}) = 0.0373\,\mathrm{mol}$, $V = 0.90\,\mathrm{L}$. Vier per $\ce{O2}$: $n(\ce{O2}) = 0.0187\,\mathrm{mol}$, $V = 0.45\,\mathrm{L}$.

**Oefening 47.15 ★★★.**

Bij het raffineren van koper verliest de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $3.00\,\mathrm{kg}$ materiaal, terwijl de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $2.84\,\mathrm{kg}$ koper wint. Wat is het koperpercentage van de onzuivere [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), als je aanneemt dat aan de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) alleen koper geoxideerd wordt en dat de verontreinigingen er gewoon afvallen?

**Oplossing van Oefening 47.15.**

Het koper dat aan de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) [oplost](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/2-mengen-en-oplossen#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve), is gelijk aan het koper dat neerslaat, omdat aan beide kanten dezelfde [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) passeren: $2.84/3.00 = 94.7\,\%$ koper.

## 47.7 Probleem: De telefoonaccu

**Probleem 47.1.**

Weekendprobleem — welke massa lithium pendelt er tussen de elektroden van een telefoonaccu van $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$?

Op een telefoonaccu staat “$3.7\,\mathrm{V}$, $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$”. In een vereenvoudigd beeld geeft tijdens het ontladen elk lithiumatoom dat in de grafietelektrode is opgeslagen één [elektron](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) af en vertrekt het als lithiumion, $\ce{Li -> Li+ + e-}$; het [ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/17-ionen-en-ionenoplossingen#def-g9-ions-ion) steekt de elektrolyt over en wordt opgenomen door de metaaloxide-elektrode, die tegelijk een [elektron](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) opneemt.

**Deel I — De cel.**

1. Is de grafietelektrode tijdens het ontladen de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) of de [kathode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ? Waarom?
2. Welke elektrode is de negatieve pool?
3. In welke richting gaan de [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) door de telefoon? En de lithiumionen in de [accu](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) ?
4. Waarom is deze cel een [accu](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) ?

**Deel II — De lading.**

5. Reken $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$ om in ampère-uur, en daarna in coulomb.
6. Bereken de hoeveelheid [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) die deze lading voorstelt.
7. Hoeveel [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) zijn dat?
8. De telefoon gebruikt gemiddeld $0.25\,\mathrm{A}$ . Hoe lang gaat een volle [accu](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) mee?
9. Het scherm geeft 20 % aan. Welke lading, in coulomb, is er nog over?

**Deel III — De energie.**

10. Bereken de opgeslagen energie, $E = Q U$ , in joule.
11. Reken die om in wattuur.
12. Vergelijk met de energie die vrijkomt bij de [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van $1\,\mathrm{g}$ methaan ( $55.7\,\mathrm{kJ}$ ).
13. Hoeveel volledige oplaadbeurten levert $1\,\mathrm{kW}\,\mathrm{h}$ elektriciteit, als er geen energie verloren zou gaan?

**Deel IV — Opladen.**

14. Welke reactie vindt tijdens het opladen plaats aan de grafietelektrode? Is het een [oxidatie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) of een [reductie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation) ?
15. Waarom is opladen een [elektrolyse](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) ?
16. De lader levert $2.0\,\mathrm{A}$ . Hoe lang duurt een volledige oplaadbeurt minstens?
17. Welke hoeveelheid lithiumionen steekt tijdens één volledige oplaadbeurt de elektrolyt over?
18. Bereken hun massa.
19. Geef het eindantwoord: welke massa lithium pendelt er bij één volledige oplaadbeurt tussen de elektroden?

**Oplossing van Probleem 47.1.**

**1.** De [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): daar wordt lithium geoxideerd.

**2.** De grafietelektrode, de [anode](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**3.** De [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) gaan door de telefoon van de grafietelektrode naar de oxide-elektrode; de lithiumionen steken de elektrolyt in dezelfde richting over, van grafiet naar oxide.

**4.** Haar reactie kan door een lader achteruit gedreven worden.

**5.** $4.000\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$, dat is $4.000 \times 3600 =
14\,400\,\mathrm{C}$.

**6.** $14400/96485 = 0.1492\,\mathrm{mol}$.

**7.** $0.1492 \times 6.022 \times 10^{23} = 8.99 \times 10^{22}$ [elektronen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**8.** $4.000/0.25 = 16\,\mathrm{h}$.

**9.** $0.20 \times 14400 = 2880\,\mathrm{C}$.

**10.** $E = 14400 \times 3.7 = 5.3 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$, ongeveer $53\,\mathrm{kJ}$.

**11.** $53280/3600 = 14.8\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$.

**12.** De [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van $1\,\mathrm{g}$ methaan levert iets meer energie ($55.7\,\mathrm{kJ}$) dan een volle telefoonaccu opslaat.

**13.** $1000/14.8 = 67.6$: 67 volledige oplaadbeurten.

**14.** $\ce{Li+ + e- -> Li}$: een [reductie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/35-oxidatie-en-reductie#def-g11-redox-oxidation).

**15.** De lader dwingt de reactie in de richting tegengesteld aan de spontane.

**16.** $14400/2.0 = 7200\,\mathrm{s}$, $2.0\,\mathrm{h}$.

**17.** Eén lithiumion per [elektron](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/16-in-het-atoom#def-g9-inside-the-atom-nucleus): $0.1492\,\mathrm{mol}$.

**18.** $0.1492 \times 6.9 = 1.03\,\mathrm{g}$.

**19.** Bij één volledige oplaadbeurt pendelt er ongeveer $1.03\,\mathrm{g}$ lithium tussen de elektroden.