Вычисление ЭДС, составление схемы гальванического элемента

Задача 195.
Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух металлических пластин, опущенных в растворы их солей. Напишите уравнения электродных процессов. Вычислите ЭДС гальванического элемента. Cu (Cсоли = 1,5 моль/л) и Ni (Cсоли = 1,8 моль/л).
Решение:
Стандартный электродный потенциал меди – Е(Cu²⁺/Cu⁰) = +0,34 B; стандартный электродный потенциал никеля – E(Ni²⁺/Ni⁰) = -0,25 B. Медь, потенциал которой (+0,34 В) более электроположительный, чем у никеля (-0,25 В) — катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Cu²⁺ + 2e = Cu⁰

Никель, имеющий меньший потенциал, является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Ni⁰ — 2e = Ni²⁺

Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:

Е = Е⁰ + (0,059/n)lgC, где

Е⁰ – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; C – концентрация ионов металла в растворе.

Тогда

Е(Cu) = +0,34 + (0,059/2)lg1,5 = +0,345 B;
Е(Ni) = -0,25 + (0,059/2)lg1,8 = -0,2575 B.

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т.е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = +0,345 — (-0,2575) = +0,6025 приблизительно +),60 B.

Видео:Составление схемы гальванического элемента. Вычисление потенциала свинцового электродаСкачать

Схема гальванического элемента будет иметь вид:

(+) Ni|Ni²⁺(1,8 M)||Cu²⁺(1,5 M)|Cu (-).

Задача 196.
Вычислить ЭДС гальванического элемета: Mn|MnSO₄||AgNO₃|Ag, если концентрация MnSО₄ равна 10 М, а AgNО₃ — 2 М.
Решение:
Серебро, потенциал которого (+0,799 В) более электроположительный, чем у марганца (-1,180 В) — катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Ag⁺ + 1e = Ag⁰

Марганец имеет меньший потенциал (-1,180 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Mn⁰ — 2e = Mn²⁺

Электродные процессы на электродах:

К(-): 2|Ag⁺ + 1e = Ag⁰
А(+): 1|Mn⁰ — 2e = Mn²⁺

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов, получим:

2Ag⁺ + Mn⁰ = 2Ag⁰ + Mn²⁺

Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:

Е = Е⁰ + (0,059/n)lgC, где

Е⁰– стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; C – концентрация ионов металла в растворе.

Тогда

Е(Ag) = +0,799 + (0,059/1)lg10 = +0,858 B.
Е(Mn) = -1,180 + (0,059/2)lg2 = -1,171 B;

Видео:Гальванические элементы. 1 часть. 10 класс.Скачать

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = +0,858 — (-1,171) = +0,313 B.

Ответ: +0,313 B.

Задача 196.
Составьте схему медного концентрационного гальванического элемента с активностями иона Cu²⁺, равными 1 моль/л у одного электрода и 10^–3 – у другого. Рассчитайте ЭДС этого элемента при 298 К.
Решение:
а₁ = 1 моль/л;
а₂ = 1 • 10^-3 моль/л.
Таким образом, a₁ > a₂; [Cu²⁺]1 > [Cu²⁺]2; 1 моль/л > 1 • 10^-3 моль/л.

Полюсы элемента:
отрицательный — это электрод с меньшей концентрацией электролита;
положительный — электрод с большей концентрацией электролита.

Схема электродных процессов:

Катод (-): 1|Cu²⁺+ 2e = Cu²⁺ (a₂)
Анод (+): 1|Cu⁰ — 2е = Cu⁰ (a₁)

Определим потенциалы электродов:

Е₁(K) = +0,34 + (0,059/2) • lg[1 · 10-3] = +0,2515 B;
Е₂(A) = +0,34 + (0,059/2) • lg[1] = +0,34 В.

ЭДС = -0,52 — (-1,26) = +0,74 B.

Схема гальванического элемента:

К(-)Cu|Cu²⁺(10^-3 M)||Cu²⁺(1 M)|Cu(+)A

Задача 197.
Изобразите схему электродных процессов, суммарное уравнение и условную схему коррозионного элемента, возникающего при коррозии ферромарганца в растворе, с концентрацией 2•10^-3. Вычислите ЭДС коррозионного элемента.
Решение:
Железо, потенциал которого (-0,44 В) более электроположительный, чем у марганца (-1,18 В) — катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Fe²⁺ + 2e = Fe⁰

Марганец имеет меньший потенциал (-1,18 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Видео:Разбор схемы гальванического элементаСкачать

Mn⁰ — 2e = Mn²⁺

Fe²⁺ + Mn⁰ = Fe⁰ + Mn²⁺

Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:

Е = Е⁰ + (0,059/n)lgC, где

Тогда

Е(Fe) = -0,44 + (0,059/2)lg0,002 = -0,52 B;
Е(Mg) = -1,18 + (0,059/2)lg0,002 = -1,26 B.

ЭДС = -0,52 — (-1,26) = +0,74 B.

В гальваническом элементе, в котором электродами являются два металла Fe и Mn, опущенные в растворы их солей, электроны будут перемещаться от электрода с более положительным значением стандартного потенциала к электроду с более отрицательным значением стандартного потенциала. Так как электродный потенциал железа (-0,44 B) более электроположителен чем у марганца (-1,18 B), то электроны будут перемещаться от железного электрода к марганцевому, т.е. железо будет катодом, марганец — анодом.
Тогда схема данного гальванического элемента будет иметь вид:

(-)Fe|Fe²⁺(0,002 M)||Mn²⁺(0,002 M)|Mn(+)

Можно схематично решить данную задачу так:

1. Схема электродных процессов:

Видео:Составление схемы и вычисление ЭДС гальванического концентрационного элемента | Уравнение НернстаСкачать

Катод: Fe²⁺ + 2e = Fe⁰
Анод: Mn⁰ — 2e = Mn²⁺

2. Cуммарное уравнение процесса:

Fe²⁺ + Mn⁰ = Fe⁰ + Mn²⁺

3. ЭДС коррозионного элемента:

Е(Fe) = -0,44 + (0,059/2)lg0,002 = -0,52 B;
Е(Mg) = -1,18 + (0,059/2)lg0,002 = -1,26 B.
ЭДС = -0,52 — (-1,26) = +0,74 B.

4. Схема коррозионного элемента:

(-)Fe|Fe²⁺(0,002 M)||Mn²⁺(0,002 M)|Mn(+)

Задача 198.
1. Схема гальванического элемента : Al|Al₂(SO₄)₃||AgNO₃|Ag.
Указать анод и катод, написать электродные процессы, суммарное уравнение реакции и рассчитать электродвижущую силу элемента при 298 К, если [Al³⁺] =0,0001 моль/л, [Аg⁺] =0,1моль/л.
2. Составить схему гальванического элемента, в котором алюминий будет катодом. Написать электродные процессы, суммарное уравнение процесса.
Решение:
1). Серебро, потенциал которого (+0,80 В) более электроположительный, чем у алюминия (-1,66 В) — катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Ag⁺ + 1e = Ag⁰

Алюминий имеет меньший потенциал (-1,66 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Al⁰ — 3e = Al³⁺

Al⁰ + 3Ag⁺ = 3Ag⁰ + Al³⁺

Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:

Е = Е⁰ + (0,059/n)lgC где

Видео:Гальванические элементы. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Е⁰ – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе.

Тогда

Е (Ag) = +0,80 + (0,059/1)lg0,1 = +0,74 B;
Е (Al) = -1,66 + (0,059/3)lg0,0001 = -1,74 B.

ЭДС = +0,74 — (-1,74) = +2,48 B.

2). Cхема гальванического элемента, в котором алюминий будет катодом может иметь вид:

(-)Al³⁺|Al||Mg|Mg²⁺(+)

Или

(-)AlCl₃|Al||Mg|MgCl₂(+)

Алюминий, потенциал которого (-1,66 В) более электроположительный, чем у магния (-2,38 В) — катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Al³⁺ + 3e = Al⁰

Магний имеет меньший потенциал (-2,38 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Mg⁰— 2e = Mg²⁺

Cуммарное уравнение процесса:

3Mg⁰ + 2Al³⁺ = 3Mg²⁺ + 2Al⁰