Цинковый и медный полуэлементы До замыкания цепи

+ +

+ +

+ +

+ +

Zn²⁺ + SO₄^2-

Zn

+ +

+ +

+ +

+ +

Zn²⁺ + SO₄^2-

Cu

+ +

+ +

+ +

+ +

Cu²⁺ + SO₄^2-

Zn/ZnSO₄ Cu/CuSO₄

Zn⁰ - 2ē ↔ Zn²⁺ (1) Cu⁰ - 2ē ↔ Cu²⁺ (2)

В обоих полуэлементах образуются электродные потенциалы, однако на цинке будет больший избыток электронов, т.к. он более активный металл, поэтому равновесие (1) в большей степени смещено вправо, чем равновесие (2).

Для замыкания цепи необходимы:

Проводник первого рода – металлическая проволока (для движения электронов по внешней цепи)

Проводник второго рода – стеклянная трубка, заполненная агар-агаром и KCl (электролитический мостик, по которому движутся анионы).

П осле замыкания цепи

ē

+

Zn²⁺

Zn (A) Cu (K)

Zn²⁺ + SO₄^2-

₊

SO₄^2-

ē

_

(А) Zn / ZnSO₄ // CuSO₄ / Cu (K)

Равновесие (1) и (2) нарушаются:

(1) (А) Zn⁰ - 2ē → Zn²⁺ (K) Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰

Выводы:

А нод – электрод, на котором Катод – электрод, на котором

происходит процесс окисления; происходит процесс восстановления;

• активный металл (φ<); • неактивный металл (φ>);

• заряд , т.к. ионы Ме⁺ⁿ из метал – • заряд , т.к. ионы Меⁿ⁺ переходят из

лической кристаллической решётки раствора на электрод;

переходят в раствор;

• процесс Ме⁰ – nē → Meⁿ⁺ - • процесс Меⁿ⁺ + nē → Ме⁰ - за счёт (ē),

избыток (ē) на (А). которые перешли с анода.

●

● ●

●

Р асчёт ЭДС (Г.Э.)

ЭДС (электродвижущая сила) – разность потенциалов.

ЭДС = φ_(К) – φ_(А)

Стандартные условия: ЭДС = φ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ – φ⁰_Zn²⁺_/Zn⁰ = 0,34 – (- 0,76) = 1,1 В.

Для произвольных условий - по уравнению Нернста:

ЭДС = (φ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ + ^2,31·R·Tlg[Cu²⁺]) – (φ⁰_Zn²⁺_/Zn⁰ + ^2,31·R·Tlg[Zn²⁺])

n·F n·F

ЭДС = (φ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ + 0,059/2·lg[Cu²⁺]) – (φ⁰_Zn²⁺_/Zn⁰ + 0,059/2·lg[Zn²⁺])

РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ: «ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ»

Задача

Рассмотрите работу гальванического элемента: Cu/CuCl₂//CdCl₂/Cd.

[Cu²⁺] = 0,1 M; [Cd²⁺] = 0,001 M

1. φ^р_Сu²⁺_/Cu⁰ = φ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ + 0,059/2·lg[Cu²⁺] = 0,34 + 0,059/2·lg10^-1 = 0,3103 В

φ^р_Сd²⁺_/Cd⁰ = φ⁰_Сd²⁺_/Cd⁰ + 0,059/2·lg[Cd²⁺] = - 0,4 + 0,059/2·lg10^-3 = - 0,4885 B

2. φ^р_Сu²⁺_/Cu⁰ > φ^р_Сd²⁺_/Cd⁰ => Cd – (A), Cu – (K).

ē

3 . _

(A) Cd/ CdCl₂// CuCl₂/ Cu (K)

4. ē

5

+

Cd²⁺

. (A) Cd Cu (K)

Cd²⁺ + Cl^- <

Cl^-

6.

(А) Cd⁰ - 2ē → Cd²⁺

(K) Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰

7. ЭДС = φ_(К) – φ_(А) = 0,3103 – (-0,4885) = 0,7988 В