Электрохимичкские системы электродные потенциалы и гальванические элементы.

Примеры решения задач

Пример: Приведите схему работы гальванического элемента (Г.Э). На пишите уравнение электродных процессов с указанием анода и катода. Приведите уравнение токообразующей реакции. Рассчитайте ЭДС элемента, составленного из железной и никелевой пластин, погруженных в растворы своих солей с концентрацией 0,1 моль/л.

Решение: В приведенном процессе участвуют две окислительно-восстановительные пары . Потенциалы этих пар можно рассчитать по уравнению Нернста:

- стандартный потенциал железа, равный -0,440 В,

– заряд иона металла

- концентрация иона металла, равная 0,1 моль/л по условию задачи.

Подставив данные условия задачи, рассчитаем потенциал железного электрода:

Рассчитаем потенциал никелевого электрода:

Стандартный потенциал никеля:

Поскольку потенциал железного электрода имеет меньшее значение, чем никелевого, то в гальваническом элементе железо является анодом, а никель – катодом. Г.Э. можно изобразить схемой, соответствующей окислительно – восстановительному Г.Э.

на аноде

на катоде

При замыкании внешней цепи электроны перейдут от анода к катоду. Переход сульфат-ионов осуществляется через проводник II рода (U-образную трубку, заполненную токопроводящим материалом).

Просуммировав процессы, протекающие на электродах в замкнутом гальваническом элементе, получаем токообразующую реакцию:

Для определения ЭДС Г.Э. необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода:

Окислительно - восстановительная реакция, которая характеризует работу гальванического элемента, протекает в направлении, в котором ЭДС элемента имеет положительное значение. В этом случае <0, так как .

Пример 2. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта. Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001моль/л, а потенциалы кобальта – в растворе с концентрацией 0,1 моль /л?

Решение: Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

,

Где - стандартный электродный потенциал; n – число электронов, принимающих участие в процессе; С – концентрация (при точных вычислениях – активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/л; для никеля и кобальта соответственно равны -0,25 и -0,277В. Определим электродные потенциалы этих металлов при данных в условии концентрациях:

,

.

Таким образом, при изменившейся концентрации потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.

Контрольные задания

166. При выполнении контрольных заданий используйте таблицу.

В два сосуда с голубым раствором медного купороса поместили в первый цинковую пластинку, а во второй серебряную. В каком сосуде цвет раствора постепенно пропадает? Составите электронные и молекулярное уравнения соответствующей реакции.

167. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии её с раствором: а) ; б) ; в) ? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

168. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС медно-кадмиевого гальванического элемента, в котором моль/л, а 0,01 моль/л. Ответ: 0,68/ В.

169. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых медь была бы катодом, а в другом анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде.

170. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией 0,01 моль/л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ: 2,244 В.

171. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом – анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.

172. Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на катоде и на аноде.

173. При какой концентрации ионов (моль/л) значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода? Ответ: моль/л.

174. Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных: первый в 0,01 н., а второй в 0,1н. растворы .

Ответ: 0,059 В.

175. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению

Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите ЭДС этого элемента, если моль/л, моль/л. Ответ: 0,064 В.

176. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора?

177. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии её с раствором: а) ; б) ; в) ? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

178. Гальванический элемент, используемый в слуховых аппаратах, состоит из цинка, ртути, смешанной с оксидом ртути, и КОН в качестве электролита. Какие реакции протекают на катоде и аноде этого элемента при зарядке и разрядке, если при действии этого элемента цинк превращается в , а HgO восстанавливается до Hg?

179. Гальванический элемент, используемый в космической технике и для гоночных автомобилей, состоит из цинка, окиси серебра и раствора 40% КОН.

Какие реакции протекают на катоде и аноде этого элемента при зарядке и разрядке? Суммарное уравнение процесса:

180. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых медь была бы катодом, а в другом – анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на аноде и катоде.