2.2. Вычисление электродных потенциалов металлических электродов

Задача 2.2: Вычислить электродный потенциал металлического электрода при заданной активной концентрации (активности) катионов металла (см. табл. 3).

Таблица 3 – Варианты заданий

	Металл	Активность ионов металла, моль/л
a	Железо	0.001
b	Марганец	0.001
c	Цинк	0.01
d	Никель	0.0001
e	Хром	0.001
f	Медь	0.001
g	Серебро	0.1
h	Свинец	0.01
i	Олово	0.0001
j	Цинк	0.0001
k	Железо	0.001
l	Цинк	0.01
m	Хром	0.001
n	Олово	0.01
o	Медь	0.001

Пример решения задачи:

Электродный потенциал окислительно-восстановительной системы рассчитывается по уравнению Нернста.

где стандартный электродный потенциал металла, В; n – заряд иона металла; [Ox] и [Red] – концентрация окисленной и восстановленной формы ионов металла в растворе его соли, моль/л; R- универсальная газовая постоянная, R=8.31 Дж/моль^.К; Т - температура, Т=298 К; F- постоянная Фарадея, F=96500 Кл/моль.

Для металлических электродов при стандартных условиях (Р=101.3 кПа, Т=298 К) уравнение принимает вид:

2.3. Электроды и электродные процессы в гальваническом элементе

Задача 2.3: Гальванический элемент состоит из двух стандартных металлических электродов (см. табл. 4). Укажите анод и катод и знаки их зарядов; запишите уравнения электродных процессов и схему гальванического элемента. Составьте уравнение токообразующей реакции в ионной и молекулярной форме.

Таблица 4 – Варианты заданий

	Электроды гальванического элемента
a	Cr/CrCl3	Zn/ZnCl2
b	Ni/NiSO4	Cu/CuSO4
c	Cu/CuSO4	Ag/AgNO3
d	Cr/CrCl3	Cu/Cu(NO3)2
e	Al/Al2(SO4)3	Mg/MgCl2
f	Cu/CuSO4	Sn/SnCl2
g	Mg/MgSO4	Sn/SnSO4
h	Pb/Pb(NO3)2	Fe/FeSO4
i	Sn/SnCl2	Ni/NiSO4
j	Ni/NiSO4	Sn/SnCl2
k	Au/Au(NO3)3	Cu/CuCl2
l	Zn/ZnSO4	Ag/AgNO3
m	(Pt)H2/H2SO4	Zn/ZnSO4
n	Mg/MgSO4	Zn/Zn(NO3)2
o	Ni/NiSO4	Sn/SnCl2
p	Cr/Cr2(SO4)3	Ag/AgNO3

Для решения данной задачи воспользуйтесь рядом СЭП.

Помните, что анод – это электрод с меньшим потенциалом, а катод – с большим.

Пример решения задачи:

Гальванический элемент состоит из двух стандартных электродов – алюминиевого Al/AlCl₃ и цинкового Zn/ZnCl₂.

Учитывая значение СЭП: алюминиевый электрод (φ⁰ = -1.66 В), имеющий меньшее значение φ⁰, является восстановителем, на нем происходит процесс окисления, т.е. анодный процесс:

Al⁰ – 3e = Al³⁺, электрод Al/Al³⁺ - анод.

Цинковый электрод с большим значением СЭП (φ⁰ = -0.76 В) является окислителем, на нем протекает процесс восстановления, т.е. катодный процесс:

Zn²⁺ +2e = Zn⁰, электрод Zn/Zn²⁺ - катод.

Всегда соблюдается соотношение φ_катода > φ_анода.

При работе гальванического элемента электроны по внешней цепи передаются от анода к катоду, следовательно, анод заряжается отрицательно, а катод – положительно.

Схему гальванического элемента принято записывать в строку, слева – анод, справа – катод с указанием знака заряда:

A(-): Al/AlCl₃ || ZnCl₂/Zn :(+)K

Двойная черта означает внутреннюю цепь (контакт между электролитами), она представляет проницаемую для анионов диафрагму или электролитический мост, по которому диффундируют анионы из катодного пространства в анодное.

Уравнение токообразующей реакции составляется с учетом электронного баланса.

Ионное уравнение: 2Al + 3Zn²⁺ = 2 Al³⁺ + 3Zn

Молекулярное уравнение: 2Al + 3ZnCl₂ = 2AlCl₃ + 3Zn