Розв’язання типових задач і вправ

Приклад 1. Гальванічний елемент складається з металічного цинку, який занурений у розчин із молярною концентрацією цинк нітрату 0,1 моль/л, і металічного срібла, що занурено у розчин із молярною концентрацією арґентум нітрату 0,02 моль/л. Складіть схему гальванічного елементу, напишіть рівняння електродних процесів, обчисліть ЕРС.

Розв’язання

1. Обчислюємо електродні потенціали за формулою Нернста (4.2). Значення стандартних електродних потенціалів систем для електродів знаходимо з додатку 8: = –0,763 B i  = 0,799 B.

 В;

 В.

2. Обчислюємо ЕРС елементу:

Е =  – = 0,699 – (–0,793) = 1,492 В.

3. Оскільки  >  , то срібний електрод є катодом і на ньому відбувається реакція відновлення: Ag⁺ + ē = Ag .

Цинковий електрод є анодом і на ньому відбувається процес окиснення: Zn = Zn²⁺ + 2ē .

Схема цього гальванічного елементу має вигляд:

 Zn│Zn(NО₃)₂║AgNО₃│Ag .

Приклад 2. Обчисліть ЕРС концентраційного гальванічного елементу: Ag │ AgNО₃ ║ AgNО₃ │ Ag.

0,001 моль/л 0,01 моль/л

В якому напрямку будуть рухатися електрони в зовнішньому ланцюгу при роботі цього елементу?

Розв’язання

1. Обчислюємо електродні потенціали лівого електроду  і правого   . Стандартний електродний потенціал системи Ag⁺/Ag (0,799 B) знаходимо з додатку 8:

 В;

 В.

2. Обчислюємо електрорушійну силу (Е) елементу:

 =  – = 0,681 – 0,622 = 0,059 В.

Оскільки  <  , то лівий електрод буде негативним полюсом – анодом і електрони будуть рухатись в зовнішньому ланцюзі від лівого електроду до правого.

Приклад 3. Визначте потенціал водневого електрода, зануреного в такі середовища: а) чисту воду; б) розчин з рН = 3; в) розчин з рН = 10.

Розв’язання

Формула для розрахунку потенціалу водневого електрода виводиться з рівняння Нернста (4.5): .

а)  В; б) В;

в) В.

Завдання для самоконтролю

1. Що називається гальванічним елементом?

2. За яким принципом записують схему гальванічного елемента?

3. Що називається стандартним електродним потенціалом?

4. Як обчислити електродний потенціал металевого електроду?

5. Який електрод у гальванічному елементі є анодом і які реакції на ньому протікають?

6. Як обчислити електрорушійну силу (ЕРС) гальванічного елемента?

7. Складіть рівняння реакції за схемою гальванічного елемента:

а)  Zn ZnSO₄  CdSO₄ Cd; в) Ni NiSO₄  CuSO₄ Cu;

б)  Al Al₂(SO₄)₃  CuSO₄ Cu; г) Cr CrSO₄  AgNO₃ Ag.

8. Складіть схеми двох гальванічних елементів, в одному з яких мідь була би катодом, а в іншому – анодом. Напишіть рівняння реакцій, що відбуваються при роботі цих елементів, і обчисліть значення ЕРС.

9. Обчисліть електродні потенціали кадмію в розчині його солі з концентраціями: 0,1; 0,01 і 0,001 моль/л.

10. З указаних металів запропонуйте гальванічний елемент із максимальною ЕРС:

а) запишіть процеси, які відбуваються на електродах; б) обчисліть значення ЕРС за стандартних умов;

в) обчисліть значення ЕРС при умові, якщо анод занурений у розчин із молярною концентрацією солі 0,001 моль/л, а катод – у розчин із молярною концентрацією солі 0,01 моль/л.

№	Метали	№	Метали	№	Метали	№	Метали
1	Al, Pb, Co	6	Pb, Pd, Sn	11	Ag, Mn, Fe	16	Al, Fe,Ti
2	Ag, Pb, Sn	7	Co, Cu, Pt	12	Mo, Mn, Cu	17	Mn, Cd, Ni
3	Hg, Mn, Fe	8	Bi, Cr,Cu	13	Ni, Pb, Pt	18	Fe, Zn, Sb
4	Zn, Fe, Ni	9	Cd, Co, Cu,	14	Bi, Ag, Sn	19	Bi, Mn, Ag
5	Cu, Pb, Pt	10	V, Tl, Ag	15	Co, Cu, Au	20	Co, Cd, Al

При визначенні ЕРС користуйтесь додатком 8.