Алгоритм составления схемы гальванического элемента

1. Записать схемы электродов.

2. Используя уравнение Нернста рассчитать величины электродных потенциалов.

3. Определить, зная, что φ_к > φ_а, 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⁺

2. По уравнению. Нернста рассчитываем величину электродного потенциала:

3. Так как в условии задачи не указан материал, из которого изготовлен катод, то используя соотношение φ_к > φ_а, выбираем металл с более положительным потенциалом. Например, цинковый электрод. Значение потенциала выбранного электрода определяем по таблице «Стандартные электродные потенциалы металлов при 25⁰С».

Следовательно, .

4. Записываем схему гальванического элемента:

А(-) Mg|Mg²⁺||Zn²⁺|Zn (+)K

5. Записываем электродные реакции:

А(-) Mg - 2e^- ® Mg²⁺

K(+) Zn²⁺ + 2e^- ® Zn⁰

Суммарная реакция: Mg⁰ + Zn²⁺ ® Mg²⁺ + Zn⁰

6. 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⁺

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

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

3. Используя соотношение φ_к > φ_а определяем электрод-анод.

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

4. Записываем схему гальванического элемента:

А(-) Fe|Fe²⁺||2H⁺|H₂ (+) K

5. 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 [Hg²⁺]=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?

6. 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.

7. 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.