Электрохимическая схема гальванического элемента

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

Читайте также:  Подъемник для ямы в гараже своими руками

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

Составим схему гальванического элемента:

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

Применяя уравнение Нернста, найдем EPb2+/Pb и EMg2+/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

Из двух электродов может быть составлена электрохимическая система – гальванический элемент.

Читайте также:  Как показывать резьбу на чертеже

Гальванический элемент – устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительных процессов преобразуется в электрическую.

Гальванический элемент состоит из двух электродов и ионного проводника между ними. В качестве электродов используются металлы, уголь и другие вещества, обладающие электронной проводимостью (проводники 1-го рода). Отдельный электрод в гальваническом элементе иногда называют полуэлементом. Ионным проводником (проводником 2-го рода) служат растворы или расплавы электролитов. Для обеспечения работы гальванического элемента, электроды соединяют друг с другом металлическим проводником, называемым внешней цепью. В качестве ионного проводника используется «соляный мостик» – изогнутая (U-образная) стеклянная трубка, заполненная насыщенным раствором хлорида калия KCl. Внутреннюю цепь составляет собственно гальванический элемент.

Существуют определенные правила записи электрохимических систем:

· слева располагают электрод, имеющий более отрицательный потенциал(знак «–»), справаэлектрод, имеющий более положительный потенциал(знак «+»):

или в ионной форме:

Al │ Al 3 + ║ Ni 2+ │Ni;

· растворы отделяют вертикальной пунктирной линией, если они контактируют друг с другом:

Pt, H2│HCl ¦ CuCl2│Cu;

двумя вертикальными линиями – если между ними находится соляный мостик:

Zn │ Zn 2+ ║ Ag + │Ag.

Гальванический элемент может быть сделан из двух одинаковых электродов, помещенных в растворы с различными концентрациями солей (активностями катионов). Металлический электрод, помещенный в более разбавленный раствор, выполняет функцию отрицательного, а помещенный в более концентрированный – положительного электрода. Такая разновидность гальванического элементаназывается концентрационным гальваническим элементом. Схема концентрационного гальванического элемента также может быть записана в виде:

(–) Zn | Zn 2+ || Zn 2+ | Zn (+).

Составим гальванический элемент, состоящий из двух металлов, Al и Ni, погруженных в растворы собственных солей (рис. 8.1).

Электрохимическая схема гальванического элемента

Рис. 8.1. Схема гальванического элемента

Данный гальванический элемент может быть представлен следующей схемой:

Электрохимическая схема гальванического элемента

Пользуясь табличными данными, выписываем значения стандартных электродных потенциалов для каждого электрода:

Электрохимическая схема гальванического элемента Электрохимическая схема гальванического элемента= –1,66 В; Электрохимическая схема гальванического элемента Электрохимическая схема гальванического элемента= –0,25 В.

В паре Al – Ni алюминий имеет более отрицательное значение электродного потенциала, поэтому на схеме гальванического элемента записан слева и обозначен знаком «–», никелевый электрод по сравнению с алюминиевым является более положительным (знак «+»), поэтому записан справа. При замыкании внешней цепи электроны начинают переходить от алюминиевого электрода к никелевому, что на схеме указывается в виде стрелки сверху.

Во внутренней цепи протекают следующие реакции на электродах:

на аноде – процесс отдачи электронов, т.е. окисление

(–)А: Al 0 – 3 ē → Al 3+ (окисление);

Читайте также:  Сварочный инвертор ресанта или интерскол

на катоде — процесс приема электронов, т.е.востановление

(+)К: Ni 2+ + 2 ē → Ni 0 (восстановление).

Электроны по внешней цепи движутся от восстановителя к окислителю, с анода на катод (А→К).

Приведем расчет электродных потенциалов с учетом концентраций растворов, например 0,001 моль/л.

Для этого используем уравнение Нернста для металлического электрода:

Электрохимическая схема гальванического элемента Электрохимическая схема гальванического элемента= Электрохимическая схема гальванического элемента Электрохимическая схема гальванического элемента+ Электрохимическая схема гальванического элементаlg [Me z + ],

где Электрохимическая схема гальванического элемента Электрохимическая схема гальванического элемента– стандартный электродный потенциал,

z – количество электронов, участвующих в элементарном акте окисления или восстановления;

[Me z + ] – концентрация ионов металла в растворе.

Электрохимическая схема гальванического элемента Электрохимическая схема гальванического элемента= -1,66 + Электрохимическая схема гальванического элементаlg (0,001) = -1,66 + Электрохимическая схема гальванического элемента(-3) = -1,72 В.

Электрохимическая схема гальванического элемента Электрохимическая схема гальванического элемента= -0,25 + Электрохимическая схема гальванического элементаlg (0,001) = -0,25 + Электрохимическая схема гальванического элемента(-3) = -0,34 В.

Проводим расчет ЭДС (E) гальванического элемента и ΔG Электрохимическая схема гальванического элементапротекающей в нем реакции, помня, что z берется с учетом наименьшего общего кратного коэффициентов электронного баланса:

ΔG Электрохимическая схема гальванического элемента= -zF E = -6×96500×1,38×10 -3 = -799 кДж.

Так как значение ΔG Электрохимическая схема гальванического элемента21 22232425Следующая ⇒

Электрохимическая схема гальванического элемента

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Электрохимическая схема гальванического элемента

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Электрохимическая схема гальванического элемента

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Ответ

Электрохимическая схема гальванического элемента

Схема гальванического элемента (ГЭ):

С лева в схеме ГЭ условно принято записывать анод слева, а катод-справа.
Железо (Fe) служит в качестве анода, так как его стандартный потенциал меньше стандартного потенциала свинца (Pb), а следовательно железо более активный металл чем свинец и, соответственно легче отдает свои электроны. Электроны переходят с железа на свинец катодно его поляризую и таким образом свинец становится катодом. Стандартные электродный потенциал можно (даже нужно) посмотреть в таблице она может по разному называться например: "Электрохимический ряд напряжений металлов при 25 градусов по шкале Цельсия".
Далее электродные процессы:
Во всех разделах электрохимии на аноде происходит процесс окисления,т.е. растворение самого анода, а именно растворение железа.
Анодный процесс:

На катоде идет восстановление свинца из растворе его соли, т.е ионы (катионы) свинца из своей соли осаждается на твердом свинце.
ЭДС при стандартных условиях:
ЭДС= В (Вольт)
Если же концентрация ионов состоит то ЭДС необходимо рассчитать с помощью формулы Нернста:
ЭДС=
ЭДС= В (Вольт)
Вот вроде бы все, если хотите подробнее узнать как работает ГЭ пишите. Удачи!