Решение типовых задач. Пример 1. В ГЭ катодом является висмут

Пример 1. В ГЭ катодом является висмут. Выберите металл, который может быть анодом. Составьте схему ГЭ. Напишите процессы, протекающие на электродах этого ГЭ, и рассчитайте его ЭДС для стандартных условий.

Решение:

Пользуясь рядом стандартных электродных потенциалов, выберем металл, который может быть анодом. . Следовательно, любой металл, имеющий меньшее значение φ0, может служить анодом. Например, олово. φ0 Sn2+/ Sn0 = - 0,136 В.

Составим схему ГЭ, напишем процессы, протекающие на электродах, и рассчитаем ЭДС в стандартных условиях.

При составлении схемы ГЭ необходимо помнить, что электрод с меньшим значением электродного потенциала является анодом, на нем протекает процесс окисления, он заряжается отрицательно, электрод с большим значением электродного потенциала является катодом, на нем протекают процессы восстановления, он заряжается положительно.

Электрохимическая схема ГЭ.

(-) Sn | SnCL2 || Bi(NO3)3 | Bi (+)

Электронные уравнения процессов, протекающих на электродах.

(-) Sn0 - 2e = Sn2+

(+) Bi3+ + 3e = Bi0

Олово – металл с меньшим значением φ0 будет анодом, на нем протекает процесс окисления.

Висмут, имеющий большее значение φ0 является катодом, на нем протекает процесс восстановления.

Для определения ЭДС ГЭ из потенциала катода следует вычесть потенциал анода ε = φ к - φ А. (13)

При концентрации солей висмута и олова равном 1 моль/л, ЭДС будет равна разности их потенциалов:

ЭДС = φ0 Bi3+/Bi0 - φ0 Sn2+/Sn0 = +0,216 – (- 0,136) = 0, 352 B

Пример 2. Гальванический элемент состоит из стандартного водородного электрода и никелевого электрода, опущенного в раствор своей соли с концентрацией его ионов 0,001 моль/л. Составить схему ГЭ. Написать электронные уравнения процессов, протекающих на электродах, и рассчитать ЭДС.

Решение:

Ni2+ / Ni0 = - 0,25 B

2Н+ / Н2 = 0,00 B. Следовательно, никель будет анодом, водородный электрод – катодом.

Электрохимическая схема данного ГЭ

(-) Ni|NiSO4|| H2SO4| Pt, H2 (+).

Процессы, протекающие на электродах, выражаются электронными уравнениями:

(-) NiO – 2e = Ni2+

(+) 2H+ + 2e = H2 ↑

Так как концентрация ионов никеля в растворе равна 0,001 моль/л, то пользуясь формулой Нернста

+ , (14)

где φ0 – стандартный электродный потенциал металла;

n - заряд иона металла;

- концентрация ионов металла в растворе.

Найдем электродный потенциал для никеля.

ЭДС = 0 – (- 0,337) = 0,337В.

Пример 3. Составить схему гальванического элемента, в котором электродами являются магниевая и цинковая пластинки, опущенные в растворы их ионов с активной концентрацией 1 моль/л. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, и вычислите его ЭДС.

Решение:

Схема данного гальванического элемента

(-) Mg | Mg2+ || Zn2+ | Zn (+)

Вертикальная линия обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линии – границу раздела двух жидких фаз – пористую перегородку или соединительную трубку, заполненную раствором электролита.

Магний имеет меньший потенциал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Mg0 – 2 е = Mg2+

Цинк, потенциал которого – 0,763 В, - катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Zn₂+ + 2 е = Zn0

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

Мg + Zn₂+ = Мg2+ + Zn

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе 1 моль/л, то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов:

ЭДС = φ₀ Zn₂+/ Zn - φ₀ Mg₂+/ Mg = -0,763 – (- 2,37) = 1,607 В.

Пример 4. Стандартный электродный потенциал никеля (- 0,25) больше, чем кобальта (-0,277). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 моль/л, а потенциалы кобальта – в растворе с концентрацией 0,1 моль/л.

Решение: Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста (14)

,

φ₀ – для никеля и кобальта соответственно равны – 0,25 и – 0,277 В. Определим электродные потенциалы этих металлов при заданных концентрациях:

В,

В,

Таким образом, при изменившейся концентрации потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.

Пример 5. Магниевую пластинку опустили в раствор его соли. При этом электродный потенциал магния оказался равен – 2,41 В. Вычислите концентрацию ионов магния (в моль/л).

Решение:

Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (14)

,

,[сМg2+] = 4,4. 10–2 моль/л

Поиск по сайту: