Составить схему гэ написать уравнения эдс (3 видео)

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

Читайте также:

I Психологические принципы, задачи и функции социальной работы
I. ГИМНАСТИКА, ЕЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
I. ЗАДАЧИ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКИ
I. Решение логических задач средствами алгебры логики
I. Розв’язати задачі
I. Ситуационные задачи и тестовые задания.
I. Цель и задачи дисциплины
II. Основные задачи и функции
II. Основные задачи и функции
II. Решение логических задач табличным способом
II. ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВОИ
II. Цель и задачи государственной политики в области развития инновационной системы

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.

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.

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.

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:

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.

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:

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

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

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:

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,

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).

Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (14)

,[сМg2+] = 4,4 . 10–2 моль/л

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)

Содержание

Задачи к разделу Электродные процессы, Гальванический элемент
Дана схема ГЭ: Mn | MnSO4 || Bi2(SO4)3 | Bi Определить анод и катод, написать схемы электродных процессов. Определить ЭДС.
Ваш ответ
решение вопроса
Похожие вопросы
🔍 Видео

Видео:Разбор схемы гальванического элементаСкачать

Задачи к разделу Электродные процессы, Гальванический элемент

В настоящем разделе представлены типовые задачи на гальванические элементы: Определение ЭДС гальванического элемента, составление схемы гальванического элемента, определение энергии химической реакции в кДж.

Задача 1. Вычислите значение э.д.с. гальванического элемента:

(-) Mg / MgSO₄ // CuSO₄ / Cu (+)

Напишите процессы на аноде и катоде, реакцию, генерирующую ток, и определите в кДж энергию химической реакции, превращающуюся в электрическую.

Решение.

Дана схема гальванического элемента, из которой видно, что анодом является магний, а катодом — медь

(-) Mg / MgSO₄ // CuSO₄ / Cu (+)

А: Mg 0 -2e — = Mg 2+

К : Cu 2+ +2e — = Cu

Mg 0 + Cu 2+ = Mg 2+ + Cu

Вычислим ЭДС гальванического элемента:

ЭДС =0,337 + 2,37 = 2,71 В

ΔG 0 ₂₉₈ = -nFE = -2∙96500∙2,71 = — 523030 Дж = — 523 кДж

Задача 2. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, составленного из стандартного водородного электрода и свинцового электрода, погруженного в 0,01 М раствор PbCl₂. На каком электроде идёт процесс окисления, а на каком — восстановление?

Решение.

В данной паре потенциал свинца имеет более отрицательное значение, поэтому анодом является свинец:

А: Pb 0 -2e — = Pb 2+

К: 2 H + +2 e — = H ₂

Pb 0 + 2H + = Pb 2+ + H₂

Определим электродный потенциал свинца:

E = -0,126 + (0,059/2)∙lg0,01 = -0,185 В

Вычислим ЭДС гальванического элемента:

ЭДС = 0 + 0,185 = 0,185 В

Задача 3. По уравнению токообразующей реакции составьте схему гальванического элемента:

Ni + СuSO₄ = NiSO₄ + Cu Напишите уравнения анодного и катодного процессов. Рассчитайте стандартную ЭДС.

Решение.

Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, найдем E 0 _Ni2+/_Ni и E 0 _Cu2+/_Cu

В данной паре потенциал никеля имеет более отрицательное значение, поэтому анодом является никель:

А: Ni 0 -2e — = Ni 2+

К: Cu 2+ +2 e — = Cu 0

Ni 0 + Cu 2+ = Ni 2+ + Cu 0

Ni 0 + CuSO₄ = NiSO₄ + Cu 0

Составим схему гальванического элемента:

(-) Ni 0 |NiSO₄ || CuSO₄|Cu 0 (+)

Рассчитаем стандартную ЭДС реакции:

ЭДС = 0,337 – (- 0,250) = 0,587 В

Задача 4. Составьте схему гальванического элемента из магния и свинца, погруженных в растворы их солей с концентрацией ионов:

[Mg 2+ ] = 0,001 моль/л, [Pb 2+ ] = 1 моль/л. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде. Рассчитайте стандартную ЭДС этого элемента.

Решение.

Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, найдем E 0 _Mg2+/_Mg и E 0 _Pb2+/_Pb

В данной паре потенциал магния имеет более отрицательное значение и является анодом:

А: Mg 0 -2e — = Mg 2+

К: Pb 2+ +2 e — = Pb 0

Mg 0 + Pb 2+ = Mg 2+ + Pb 0

Составим схему гальванического элемента:

(-) Mg 0 |Mg 2+ || Pb 2+ |Pb 0 (+)

Применяя уравнение Нернста, найдем E_Pb_2+/_Pb и E_Mg_2+/_Mg заданной концентрации:

Рассчитаем стандартную ЭДС реакции

ЭДС = -0,126 – (-2,46) = 2,334 В

Задача 5. Как изменится (увеличится, уменьшится) или останется постоянной масса пластины из кобальта, погруженной в раствор, содержащий соли Fe (II), Mg, Ag (I). Напишите молекулярные уравнения реакций.

Решение.

Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, найдем E 0 _Mg2+/_Mg, E 0 _Co2+/_Co, E 0 _Fe2+/_Fe, E 0 _Ag+/_Ag

Протекание реакции возможно при условии, когда E 0 _восст 0 _ок.

В нашем случае восстановителем является кобальт и условие E 0 _восст 0 _ок соблюдается только для пары

Co 0 + Ag + = Co 2+ + Ag 0

Молекулярное уравнение, например:

В процессе пластина из кобальта будет растворяться, но одновременно на ее поверхности будет осаждаться серебро.

Из уравнения реакции видно, что при взаимодействии 1 моль кобальта, образуется 2 моль серебра.

Мольная масса кобальта M(Co) = 59 г/моль, мольная масса серебра M(Ag) = 108 г/моль.

Найдем массы металлов:

n = m/M, m = n∙M

m(Ag) = 2∙108 = 216 г.

Таким образом, масса осажденного серебра больше, чем масса растворенного кобальта, т.е. масса пластины из кобальта увеличится.

В случаях, когда пластина опущена в раствор соли железа или соли магния ее масса не изменится, т.к. кобальт не вытесняет эти металлы из их солей. Т.е. реакции не происходит и масса пластины остается неизменной.

Задача 6. Составьте схему гальванического элемента, уравнения полуреакций анодного и катодного процессов, молекулярное уравнение реакции, проходящей при работе гальванического элемента, анодом которого является никель. Подберите материал для катода. Рассчитайте стандартную ЭДС этого гальванического элемента.

Решение.

По условию задачи материал анода известен – никель. Электродный потенциал анода всегда имеет более отрицательное значение, т.е. анод состоит из более активного металла, чем катод.

Поэтому нам надо подобрать такой металл, значение потенциала которого, будет иметь большее значение, чем значение электродного потенциала никеля. Например, медь:

Составим уравнения полуреакций анодного и катодного процессов и молекулярное уравнение реакции, проходящей при работе гальванического элемента.

А: Ni 0 -2e — = Ni 2+

К: Cu 2+ +2 e — = Cu 0

Ni 0 + Cu 2+ = Ni 2+ + Cu 0

Ni 0 + CuSO₄ = NiSO₄ + Cu 0

Составим схему гальванического элемента:

(-) Ni 0 |NiSO₄ || CuSO₄|Cu 0 (+)

Рассчитаем стандартную ЭДС реакции

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