2.3. Электроды и электродные процессы в гальваническом элементе.

Задание: Гальванический элемент состоит из двух стандартных металлических электродов. Укажите анод и катод и знаки их зарядов; запишите уравнения электродных процессов и схему гальванического элемента. Составьте уравнение токообразующей реакции в ионной и молекулярной форме.

	Электроды гальванического элемента
a	Cr/CrCl3	Zn/ZnCl2
b	Ni/NiSO4	Cu/CuSO4
c	Cu/CuSO4	Ag/AgNO3
d	Cr/CrCl3	Cu/Cu(NO3)2
e	Al/Al2(SO4)3	Mg/MgCl2
f	Cu/CuSO4	Sn/SnCl2
g	Mg/MgSO4	Sn/SnSO4
h	Pb/Pb(NO3)2	Fe/FeSO4
i	Sn/SnCl2	Ni/NiSO4
j	Ni/NiSO4	Sn/SnCl2
k	Au/Au(NO3)3	Cu/CuCl2
l	Zn/ZnSO4	Ag/AgNO3
m	(Pt)H2/H2SO4	Zn/ZnSO4
n	Mg/MgSO4	Zn/Zn(NO3)2
o	Ni/NiSO4	Sn/SnCl2
p	Cr/Cr2(SO4)3	Ag/AgNO3

Для решения данной задачи воспользуйтесь рядом СЭП.

Помните, что анод – это электрод с меньшим потенциалом, а катод – с большим.

Пример: Гальванический элемент состоит из двух стандартных электродов – алюминиевого Al/AlCl₃ и цинкового Zn/ZnCl₂.

Учитывая значение СЭП: алюминиевый электрод (φ⁰ = -1,66 В), имеющий меньшее значение φ⁰, является восстановителем, на нем происходит процесс окисления, т.е. анодный процесс:

Al⁰ – 3e = Al³⁺, электрод Al/Al³⁺ - анод.

Цинковый электрод с большим значением СЭП (φ⁰ = -0,76 В) является окислителем, на нем протекает процесс восстановления, т.е. катодный процесс:

Zn²⁺ +2e = Zn⁰, электрод Zn/Zn²⁺ - катод.

Всегда соблюдается соотношение φ_катода > φ_анода.

При работе гальванического элемента электроны по внешней цепи передаются от анода к катоду, следовательно, анод заряжается отрицательно, а катод – положительно.

Схему гальванического элемента принято записывать в строку, слева – анод, справа – катод с указанием знака заряда:

A(-): Al/AlCl₃ || ZnCl₂/Zn :(+)K

Двойная черта означает внутреннюю цепь (контакт между электролитами), она представляет проницаемую для анионов диафрагму или электролитический мост, по которому диффундируют анионы из катодного пространства в анодное.

Уравнение токообразующей реакции составляется с учетом электронного баланса.

Ионное уравнение: 2Al + 3Zn²⁺ = 2 Al³⁺ + 3Zn

Молекулярное уравнение: 2Al + 3ZnCl₂ = 2AlCl₃ + 3Zn

2.4. Электродвижущая сила гальванического элемента.

Задание: Рассчитайте величину электродвижущей силы для двух указанных гальванических элементов, сравните ее значения. На основании уравнений электродных процессов запишите схемы гальванических элементов и составьте уравнения токообразующих реакций. Концентрация электролитов 0,01 моль/л.

	Гальванические элементы
a	Ni/NiCl2 и Al/AlCl3	Co/CoCl2 и Al/AlCl3
b	Cr/CrCl3 и Ni/NiSO4	Cr/CrCl3 и Co/CoCl2
c	Zn/ZnSO4 и Ag/AgNO3	Fe/FeSO4 и Ag/AgNO3
d	Fe/FeSO4 и Zn/ZnSO4	Fe/FeSO4 и Ni/NiSO4
e	Cu/Cu(NO3)2 и Pb/Pb(NO3)2	Cr/CrCl3 и Cu/Cu(NO3)2
f	Ni/NiSO4 и Sn/SnCl2	Ni/NiSO4 и Cu/Cu(NO3)2
g	Mg/MgSO4 и Sn/SnSO4	Al/Al2(SO4)3 и Mg/MgCl2
h	Cr/CrCl3 и Fe/FeSO4	Al/AlCl3 и Mg/MgSO4
i	Hg/HgCl2 и Cu/CuSO4	Mn/MnSO4 и Hg/Hg(NO3)2
j	Cu/CuSO4 и Sn/SnCl2	Mg/MgSO4 и Sn/SnSO4
k	Ag/AgNO3 и Cu/CuSO4	Sn/SnCl2 и Ni/NiSO4
l	Ni/NiSO4 и Sn/SnCl2	Au/Au(NO3)3 и Cu/Cu(NO3)2
m	Zn/ZnSO4 и Ag/AgNO3	Ni/NiSO4 и Zn/ZnSO4
n	Ni/NiSO4 и Sn/SnSO4	(Pt)H2/H2SO4 и Zn/ZnSO4
o	Pb/Pb(NO3)2 и Fe/FeSO4	Cr/CrCl3 и Cu/Cu(NO3)2
p	Al/AlCl3 и Zn/ZnCl2	Fe/FeSO4 и Ag/AgNO3

При решении задачи используйте ряд СЭП и уравнение Нернста.

Помните, что анод – это электрод с меньшим потенциалом, а катод – с большим.

Пример 1: Рассчитать электродвижущую силу (ЭДС) гальванического элемента, составленного из серебряного Ag/Ag⁺ и железного Fe/Fe²⁺ электродов при [Ag⁺] = 0,01 моль/л и [Fe²⁺] = 0,1 моль/л.

ЭДС гальванического элемента (Е) численно равна разности электродных потенциалов при разомкнутой цепи: Е = Δφ = φ_катода – φ_анода.

По формуле Нернста рассчитаем значения электродных потенциалов:

Электрод Fe/Fe²⁺ является анодом, Ag/Ag⁺ - катодом.

Е = 0,672 – (-0,47) = 1,152 В.

Электродные процессы:

Анод (-): Fe – 2e = Fe²⁺ (окисление – анодный процесс)

Катод (+): Ag⁺ + 1e = Ag (восстановление – катодный процесс)

Уравнение токообразующей реакции:

Fe + 2Ag⁺ = Fe²⁺ + 2Ag

Fe + 2AgNO₃ = Fe(NO₃)₂ + 2Ag

Схема гальванического элемента:

A(-): Fe/FeSO₄ || AgNO₃/Ag :(+)K

Пример 2: Рассчитать ЭДС концентрационного гальванического элемента, составленного из стандартного никелевого электрода и никелевого электрода при концентрации ионов Ni²⁺, равной 1∙10^-4 моль/л.

Е = Δφ = φ_катода – φ_анода.

В концентрационном гальваническом элементе разность потенциалов обусловлена разной концентрацией электролита. Стандартный никелевый электрод является катодом, а никелевый электрод с меньшей концентрацией ионов Ni²⁺ является анодом (φ₁>φ₂).

Е = -0,25 – (-0,368) = 0,118 В.

Схема гальванического элемента:

A (-): Ni/NiSO₄ (1∙10^-4 моль/л) || NiSO₄ (1 моль/л)/Ni :(+) K