Схема гальванического элемента свинца и серебра

По справочнику подберём металлы, разность значений стандартных электродных потенциалов которых составляет 1,05 В.

Это, например, свинец, и марганец:

E 0 (Pb 2+ |Pb) = — 0,13 B; E 0 (Mn 2+ |Mn) = — 1,18 B

Марганец, как более активный металл, является анодом, а менее активный свинец – катодом.

Стандартная ЭДС данного элемента равна:

Е = E 0 (Pb 2+ |Pb) — E 0 (Mn 2+ |Mn) = — 0,13 В – (- 1,18 В) = 1,05 В

По таблице растворимости подбираем анион для растворов окислителя и восстановителя. Например, нитрат-анион: нитрат свинца и нитрат марганца – сильные электролиты и в водном растворе диссоциируют на ионы.

Итак, схема свинцово-марганцевого гальванического элемента:

При замыкании электрохимической цепи:

на марганцевом электроде (аноде) происходит окисление металла:

Mn – 2e — = Mn 2+ , ионы переходят в раствор, а электроны остаются в металле и по проводнику переходят на свинец (возникает электрический ток);

на свинцовом электроде (катоде) происходит восстановление ионов металла за счет полученных от марганца электронов:

Cвинцевание. Пористый свинец .

Pb 2+ + 2e — = Pb

Эти процессы происходят до тех пор, пока весь марганец не растворится или не израсходуются частицы, которые могут восстанавливаться на свинце.

Mn + Pb 2+ = Mn 2+ + Pb

Для вычисления ЭДС при других значениях концентрации электролитов используется уравнение Нернста:

E(M n+ /M) = E 0 (M n+ /M) + 0,059/z . lg c(M n+ )

(M n + и М – окисленная и восстановленная формы металла, для которого рассчитывается электродный потенциал, z – заряд катионов металла, с(M n + ) – концентрация катионов металла в растворе)

Итак, при изменении концентрации ионов свинца у катода ЭДС гальванического элемента рассчитывается по формуле:

E = E(Pb 2+ |Pb) – E(Mn 2+ |Mn) = [E 0 (Pb 2+ |Pb) + 0,059/z * lg c(Pb 2+ )] — E 0 (Mn 2+ |Mn)

Таким образом, при уменьшении концентрации ионов свинца до 0,1 моль/л ЭДС гальванического элемента изменится на величину, равную:

0,059/z * lg c(Pb 2+ ) = 0,059/2 * lg 0,1 = — 0,0295 (В), т.е. уменьшится на 0,0295 В и составит 1,0205 В.

4. Составить гальванический элемент, состоящий из водородного и железного электродов. Рассчитать ЭДС в стандартных условиях.

По справочнику найдём значения стандартных электродных потенциалов для железного и водородного электродов:

E 0 (Fe 2+ |Fe) = — 0,44 B; E 0 (2H + |H2) = 0 B

Таким образом, железо, стоящее в ряду напряжений до водорода, является анодом, а водородный электрод – катодом.

Водородный электрод – разновидность редокс-электрода –– платиновая пластина или сетка, опущенная в раствор кислоты, через который пропускается молекулярный водород. Проходя через жидкость, Н2 частично растворяется и подходит к поверхности Pt и адсорбируется на ней, распадаясь на атомы. Адсорбированные атомы водорода Надс ионизируются, а ионы водорода из раствора, находящиеся вблизи электрода, принимают электроны и переходят в адсорбированное состояние:

Гальваническая ванна из зарядки для телефона

Надс – е — → Н + Н + + е — → Надс

Равновесие в водородном электроде выражается уравнением:

2Н + + 2е — ↔ 2Надс(Pt) ↔ H2

2H + + 2e — ↔ H2

В качестве электролита можно взять соляную кислоту: с катионами железа (2) она образует растворимую соль (хлорид железа), а ионы водорода адсорбируются на платиновом электроде.

Схема данного гальванического элемента:

Pt, H2 | HСl || FeCl2| Fe

(В данном случае при составлении схемы гальванического элемента действует исключение: если в состав электрохимической цепи входит водородный электрод, то его записывают вначале).

Стандартная ЭДС данного элемента равна:

Е = E 0 (2H + |H2) — E 0 (Fe 2+ |Fe) = 0 В – (- 0,44 В) = 0,44 В

5. Через водный раствор фосфата калия (К3РО4) в течение 321,6 минут пропускали постоянный электрический ток силой 10 А. Электроды инертные. Определить, какие вещества, и в каком количестве образовались на электродах.

Фосфат калия диссоциирует в водном растворе на катионы калия и фосфат-анионы:

Катионы калия пойдут к отрицательно заряженному электроду – катоду, а фосфат-анионы – к положительному электроду – аноду.

Источник: vunivere.ru

Алгоритм составления схемы гальванического элемента.

1. Записать схемы электродов.
2. Используя уравнение Нернста рассчитать величины электродных потенциалов.
3. Определить, зная, что φк  φа, электрод-анод и электрод-катод.
4. Составить схему гальванического элемента, используя принятую форму записи.
5. Записываем уравнения катодной, анодной и суммарной реакций, идущих в элементе.
6. Рассчитать ЭДС гальванического элемента.

Пример 1. Составить схему гальванического элемента, анодом которого является магний, погруженный в раствор соли с концентрацией 0,01М. Решение. 1. Записываем схему электрода: Mg|Mg2+

1. По уравнению. Нернста рассчитываем величину электродного потенциала:

1. Так как в условии задачи не указан материал, из которого изготовлен катод, то используя соотношение φк  φа, выбираем металл с более положительным потенциалом. Например, цинковый электрод. Значение потенциала выбранного электрода определяем по таблице «Стандартные электродные потенциалы металлов при 25 0 С».

Следовательно, .

1. Записываем схему гальванического элемента:

А(-)Mg|Mg2+||Zn2+|Zn(+)K

1. Записываем электродные реакции:

А(-) Mg  2e —  Mg 2+ K(+) Zn 2+ + 2e —  Zn 0 Суммарная реакция: Mg 0 + Zn 2+  Mg 2+ + Zn 0

1. Рассчитываем ЭДС гальванического элемента:

Пример 2. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, погруженного в раствор с рН =3 и железного электрода, погруженного в раствор соли с концентрацией 0.1М. Рассчитайте ЭДС элемента. Решение. 1. Записываем схемы электродов: Водородный – 2Н+| Н2(Pt); Железный –Fe|Fe2+

1. По уравнению Нернста рассчитываем величину электродного потенциала железного электрода:

Используя уравнение Нернста (4) рассчитываем величину электродного потенциала водородного электрода:

1. Используя соотношение φк  φа определяем электрод-анод.

Так как величина φ-потенциала железного электрода меньше следовательно этот электрод является анодом.

1. Записываем схему гальванического элемента:

А(-)Fe|Fe2+||2H+|H2(+) K

1. Рассчитываем ЭДС гальванического элемента.

Задания для самоконтроля

1. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из никелевого электрода-катода, погруженного в раствор соли с концентрацией 0.02М. Напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС гальванического элемента.
2. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из медного электрода, погруженного в раствор соли меди с концентрацией 0.01М и железного электрода, погруженного в раствор соли железа с концентрацией 0.1М. Напишите уравнения электродных реакций. Вычислите ЭДС гальванического элемента.
3. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из стандартного водородного электрода и ртутного электрода. Рассчитайте его ЭДС при [Hg 2+ ]=0,1 М. Напишите уравнения электродных реакций.
4. Составьте схему и рассчитайте ЭДС концентрированного гальванического элемента, составленного из двух железных электродов, погруженных в раствор соли железа с концентрациями 1 М и 0,01 М. Напишите уравнения электродных реакций.
5. В гальваническом элементе протекает химическая реакция

Zn+NiSO4=ZnSO4+Ni. Напишите его схему и уравнения электродных реакций. Вычислите ЭДС этого элемента при стандартных условиях. Какой металл вместо никеля можно взять, чтобы увеличить ЭДС?

1. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, погруженного в раствор с pH=5, и марганцевого электрода, погруженного в раствор соли марганца с концентрацией 0,2 М. Напишите уравнения электродных реакций и рассчитайте его ЭДС.
2. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, погруженного в раствор с pH=10, и серебряного электрода, погруженного в раствор соли серебра с концентрацией 0,01 М. Напишите уравнения электродных реакций и рассчитайте его ЭДС.

06.08.2019 1 Mб 3 file_466445.rtf

Ограничение

Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

Источник: studfile.net

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Пример 1. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погруженного в 0,02 М раствор нитрата свинца.. Вычислите ЭДС элемента при 25 °С, напишите уравнения электродных процессов, составьте схему элемента.

Решение. Чтобы вычислить ЭДС элемента, необходимо вначале вычислить электродные потенциалы по уравнению Нернста:

Из табл. П6 находим значение j°, а затем подставляем в уравнения и рассчитываем.

Поскольку ,то на свинцовом электроде будет протекать процесс восстановления:

На цинковом электроде будет протекать процесс окисления:

Zn=Zn 2+ + 2e.

Схема рассматриваемого гальванического элемента имеет следующий вид: Zn/Zn(NO3)2

Находим ЭДС элемента:

= –0,176– (–0,791)= 0,615 В.

Пример 2. Вычислите активность ионов Н + в растворе, в котором потенциал водородного электрода при 25 °С равен –82 мВ.

Решение. Поскольку j° для водородного электрода принят за ноль, то уравнение Нернста для водородного электрода будет иметь вид

Из данного уравнения находим

Контрольные вопросы

276. Вычислите электродный потенциал системы Cu/0,2н. CuSO4 при 25 °С, если степень диссоциации сульфата меди равна 40 %.
Ответ: 0,300 В.

277. Гальванический элемент состоит из металлического серебра, погруженного в 0,1н. раствор нитрата серебра, и металлического кадмия, погруженного в 0,02н. раствор сульфата кадмия. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 1,201 В.

278. Потенциал электрода Рt, H2/ [NaOH] = x моль/л. при 25 °С равен -767 мВ. Каковы молярная концентрация раствора едкого натра и его титр? Ответ: 0,1 моль/л; 0,004 г/см 3 .

279. Гальванический элемент состоит из металлического алюминия, погруженного в 0,006 н. раствор сульфата алюминия, и металлической меди, погруженной в 0,04 н. раствор нитрата меди. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 2,008 В.

280. Укажите схему свинцового аккумулятора и напишите электродные реакции, которые протекают на электродах при его зарядке и разрядке.

281. Гальванический элемент состоит из металлического железа, погруженного в 0,02 н. раствор сульфата железа (II), и металлического золота, погруженного в 0,01н. раствор хлорида золота (I). Составьте схему элемента, напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 2,062 В.

282. Потенциал электрода Pt, H2 / раствор HCl неизвестной концентрации при 25 °С равен –118 мВ. Определите молярную концентрацию раствора соляной кислоты и вычислите его титр. Ответ: 0,01 моль/л; 0,000365 г/см 3 .

283. Гальванический элемент состоит из металлического свинца, погруженного в 0,02 н. раствор нитрата свинца, и металлического магния, погруженного в 0,002 н. раствор сульфата магния. Составьте схему элемента, напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 2,267 В.

284. Гальваническая цепь составлена из нормального водородного электрода и свинцового электрода, погруженного в насыщенный раствор сульфата свинца. = 2×10 –8 . Найти величину электродного потенциала Pb 2+ /Pb. Запишите схему элемента и вычислите его ЭДС при 25 °С. Ответ: –0,240 В; 0,240 В.

285. Гальванический элемент состоит из металлической меди, погруженной в 0,2н. раствор сульфата меди, и металлического цинка, погруженного в 0,02н. раствор хлорида цинка. Вычислите ЭДС элемента при 25 °С, напишите уравнения электродных реакций, составьте схему элемента. Ответ: 1,128 В.

286. ЭДС цепи Cu/[CuSO4] = x//0,1 н. ZnSO4/Zn при 25 °С равна 1,039 В. Определите концентрацию ионов меди. Ответ: 5×10 –4 моль/л.

287. Составьте схему гальванического элемента, при работе которого протекает реакция Ni + Pb(NO3)2= Ni(NO3)2 + Pb.

Напишите электродные уравнения процессов, протекающих на электродах, и вычислите ЭДС элемента при 25 °С и концентрации Pb(NO3)2 и Ni(NO3)2 соответственно 0,2н. и 0,01М. Ответ: 0,139 В.

288. Гальванический элемент состоит из металлического серебра, погруженного в 0,0001 н. раствор нитрата серебра, и металлического свинца, погруженного в 0,002 н. раствор нитрата свинца. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций, вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 0,778 В.

289. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,02н. раствор хлорида цинка, и металлической меди, погруженной в 0,1М. раствор хлорида меди. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций, вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 1,128 В.

290. Укажите схему кадмий-никелевого аккумулятора и напишите электронные процессы, которые протекают на электродах при зарядке и разрядке данного аккумулятора.

291. Гальванический элемент состоит из металлического кадмия, погруженного в 0,002н. раствор нитрата кадмия, и металлического серебра, погруженного в 0,01 н. раствор нитрата серебра. Составьте схему элемента, напишите уравнения электродных реакций, вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 1,172 В.

292. Вычислите потенциал кислородного электрода в кислой среде при pH, равной 2, и температуре, равной 25 °С. Ответ: 1,109 В.

293. Электродный потенциал системы Zn/0,2 н. ZnSO4 при 25 °С найден, равным -0,8013 В. Чему равна степень диссоциации ZnSO4 в указанном растворе? Ответ: 0,44.

294. Вычислите потенциал свинцового электрода при 25 0 С, в насыщенном растворе PbBr2, если [Br – ] = 1 моль/л., а = 9,1×10 –6 . Ответ: –0,275 В.

295. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,02 н. раствор сульфата цинка, и металлического никеля, погруженного в 0,002 н. сульфата никеля. Составьте схему элемента, напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 0,496 В.

296. Гальванический элемент состоит из металлического свинца, погруженного в 0,02 н. раствор азотнокислого свинца, и металлического никеля, погруженного в 0,001 М раствор сульфата никеля. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 0,140 В.

297. Схема элемента Pt,H2/0,01 н. HNO2//1 н. CH3COOH/H2,Pt. Определите ЭДС элемента ( = 4×10 –4 , = 1,76×10 –5 ) при 25 °С. Ответ: 0,019 В.

298. Укажите схему цинк-серебряного аккумулятора и напишите электронные процессы, которые протекают на электродах при его зарядке и разрядке.

299. Вычислите потенциал кислородного электрода в щелочной среде при pH = 13, и температуре, равной 25 °С. Ответ: 0,460 В.

300. ЭДС гальванического элемента

Pt,H2/1 н. CH3COOH//0,5 н. HCOOH/H2,Pt при 25 °С равна 20,65 мВ. = 1,76×10 –5 . Определите КHCOOH. Ответ: 1,76×10 –4 .

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник: studopedia.ru