Расчет ЭДС и составление схемы концентрационного гальванического элемента
Задача 157.
ЭДС гальванического элемента, состоящего из стандартного водородного и плюмбумового электрода, который погружено в раствор с концентрацией Pb2+ 1 моль/дм3, равна 126 мВ. Чему равен потенциал плюмбумового электрода? Составить схему элемента.
Решение:
Все очень просто:
Е(2H+/H2) всегда равен 0,0 В;
ЭДС = 126 мВ = 0,126 В.
ЭДС всегда положительна.
ЭДС = Е(катод) — Е(анод), что в переводе на русский язык означает «ЭДС всегда является положительной величиной и равна разности электродных потенциалов катода и анода».
Тогда
ЭДС = Е(катод) — Е(анод) = Е(2H+/H2) — Е(Pb2+/Pb);
Е(Pb2+/Pb) = Е(2H+/H2) — ЭДС = 0,0 В — 0,126 В = -0,126 В.
Ответ: Е(Pb2+/Pb) = -0,126 В.
Задача 158.
Составьте схему гальванического элемента и рассчитайте его ЭДС, составленного из двух серебряных электродов погружѐнных в насыщенные растворы AgCl и Na[Ag(CN)2].
(ПР(AgCl) = 1,78 • 10-10, Кн ([Ag(CN)2]–) = 1,1• 10-21).
Решение:
Стандартный электродный потенциал серебра — EAg+/Ag = +0,799 B.
1. Определим концентрацию ионов серебра в насыщенном растворе AgCl
Уравнение диссоциаци AgCl:
AgCl = Ag+ + Cl–
ПР(AgCl) = [Ag+] • [Cl-] = x•x = x2 = 1,78 • 10-10
Отсюда
х1 = √(1,78 • 10-10) = 1,334 • 10-5, т.е. [Ag+]1 = 1,334 • 10-5 моль/л.
2. Определим концентрацию ионов серебра в насыщенном растворе Na[Ag(CN)2]
Уравнение диссоциаци [Ag(CN)2]:
[Ag(CN)2] = Ag+ + 2CN–
Кн([Ag(CN)2]-) = [Ag+] • [CN–]2 = x •(2x)2 = x • 4x2 = 4x3
Отсюда
х2 = ∛(1,1 · 10-21/4) = 6,503 •10-8, т.е. [Ag+]2 = 6,503 • 10-8 моль/л.
Таким образом, х1 > x2; [Ag+]1 > [Ag+]2; 1,334 • 10-5 моль/л > 6,503 • 10-8 моль/л.
Полюсы элемента:
отрицательный — это электрод с меньшей концентрацией электролита, т.е. электрод погруженный в насыщенный раствор Na[Ag(CN)2] (х2);
положительный — электрод с большей концентрацией электролита,т.е. электрод погруженный в насыщенный раствор AgCl (х1).
Видео:Гальванические элементы. Практическая часть. 10 класс.Скачать
Схема электродных процессов:
Катод (-): Ag+ + 1 = Ag0 (x2)|1
Анод (+): Ag0 + 1 = Ag+ (x1) |1
Для расчета ЭДС и составления схемы элемента необходимо рассчитать потенциалы катода и анода по уравнению Нернста:
E = E0Me + (R • T/n • F) • ln[Men+] = E0Me + (0,059 /n) • lg[Men+], где
E0Me – стандартный потенциал металла, В;
R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль•К;
T – температура, К;
n – число электронов, принимающих участие в электродной реакции
F – число Фарадея, Кл/моль;
[Men+] – концентрация катионов металла, моль/л.
Определим потенциалы электродов:
Е1 = +0,799 + (0,059 /1) • lg[1,334 · 10-5] = +0,511 B
Е2 = +0,799 + (0,059 /1) • lg[6,503 · 10-8] = +0,375 В
Электрод с меньшим равновесным потенциалом – анод, с большим равновесным потенциалом – катод.
ЭДС = Екатода – Еанода = +0,511 – (+0,375) = +0,136 В.
Ответ: ЭДС = +2 В.
Поскольку электрод в растворе с минимальной (максимальной) концентрацией является анодом (катодом), расчет ЭДС можно реализовать через следующую формулу:
E = (R • T/n • F) • ln[Men+max/Men+min] = (0,059/n) • lg[Men+max / Men+min]
Тогда
Е = (0,059/1) • lg(1,334 · 10-5)/(6,503 · 10-8) = +0,136 В.
Схема альванического элемента:
анод (-) Ag|Ag+ (6,503 • 10-8 М)||Ag+ (1,334 • 10-5 М)|Ag (+) катод
Задача 159.
Записать схему концентрационного гальванического элемента (металл – никель), записать уравнения катодного и анодного процессов, рассчитать ЭДС при концентрациях катионов цинка 0,1 моль/л и 0,3 моль/л соответственно.
Решение:
Стандартный электродный потенциал никеля — ENi2+/Ni0 = -0,24 B.
Катодный и анодный процессы в концентрационном гальваническом элементе можно представить в виде уравнений реакций:
Men+ + n • e = Me;
Me = Men+ + n • e, где n – валентность металла.
В данном случае:
на катоде Ni2+ + 2 = Ni0
на аноде Ni0 = Zn2+ + 2
Для расчета ЭДС и составления схемы элемента необходимо рассчитать потенциалы катода и анода по уравнению Нернста:
E = E0Me + [(R • T)/(n • F)] • ln[Men+] = E0Me + (0,059/n) • lg[Men+], где
E0Me – стандартный потенциал металла, В;
R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль•К;
T – температура, К;
n – число электронов, принимающих участие в электродной реакции
F – число Фарадея, Кл/моль
[Men+] – концентрация катионов металла, моль/л.
Определим полярность электродов:
Е1 = -0,24 + (8,31 • 298/2 • 96500) • ln[0,1] = -0,24 + (0,059/2) • lg[0,1] = -0,27 В;
Е2 = -0,24 + (8,31 • 298/2 • 96500) • ln[0,2] = -0,24 + (0,059/2) • lg[0,3] = -0,26 В.
Электрод с меньшим равновесным потенциалом – анод, с большим равновесным потенциалом – катод.
ЭДС = Екатода – Еанода = -0,27 – (-0,26) = 0,014 В
Поскольку электрод в растворе с минимальной (максимальной) концентрацией является анодом (катодом), расчет ЭДС можно реализовать через следующую формулу:
ЭДС = [(R • T)/(n • F)] • ln[Men+max/Men+min] = (0,059/n) • lg[Men+max/Men+min].
Тогда
ЭДС = [(8,31 • 298)/(2 • 96500)] • ln[0,3]/[0,1] = 0,014 B.
Схема альванического элемента:
анод (-) Ni|Ni2+ (0,1 М)||Ni2+ (0,3 М)|Ni (+) катод
📸 Видео
Составление схемы и вычисление ЭДС гальванического концентрационного элемента | Уравнение НернстаСкачать
Гальванические элементы. 1 часть. 10 класс.Скачать
Технологический институт - гальванический элемент, электролиз, коррозия. Задачи.Скачать
Электрохимия. Гальванический элемент Даниэля-ЯкобиСкачать
Электроды и гальванические элементыСкачать
Задачи на гальванический элемент. Продукты в ОВР. Ч.5-4.Скачать
Разбор схемы гальванического элементаСкачать
Гальванический элементСкачать
Гальванические элементы. 10 класс.Скачать
Гальванический элементСкачать
Гальванические элементы. 2 часть. 10 класс.Скачать
Уравнение Нернста. Задачи на расчет потенциалов. Продукты в ОВР. Ч.5-2.Скачать
Уравнение НернстаСкачать
Использование таблиц потенциалов и расчет ЭДС реакции. Продукты в ОВР. Ч.5-1.Скачать
Продукты в ОВР. Ч.2-3. Гальванический элемент.Скачать
Гальванические элементыСкачать
4 3 Электрохимический потенциалСкачать
ЭДС индукции в генераторе переменного тока. Практическая часть - решение задачи. 11 класс.Скачать
Урок 284. Задачи на электромагнитную индукцию - 1Скачать