НИУ МЭИ

Типовая работа №4

Химические источники тока.

Электролиз и его применение.

Защита металлов от электрохимической коррозии.

Студент Зелепукин Д.Ю.

Группа Эл-08-12

Преподаватель Корнеева Л.А.

Данные о приеме работ

2012

Задание к самостоятельной работе № 4. «Химические источники тока. Электролиз и его применение. Защита металлов от электрохимической коррозии». Задача 1.

В вариантах 21 - 30

• Запишите анодную и катодную реакции, протекающие в ГЭ (табл 3).

• Рассчитайте:

• максимальную электрическую работу ГЭ;

• ЭДС токообразующей реакции (ТОР), протекающей в данной системе (двумя способами);

• ЭДС ГЭ при снижении активности потенциалоопределяющих ионов анода в 100 раз. Сравните полученные данные со стандартным значением ЭДС;

• Укажите, как будет меняться значение электродных потенциалов анода и катода при работе ГЭ?

• Покажите графически и объясните, почему напряжение ГЭ не равно ЭДС.

• Предложите условия, которые позволили бы увеличить напряжение ГЭ.

Таблица 3
№ п/п	Схема гальванического элемента	Концентрации потенциал- определяющих ионов, моль/л
28	Cd | CdSO4 || CuSO4 | Cu	[Cd2+]=0,1; [Cu2+]=0,5

Запишем стандартные электродные потенциалы цинкового и кадмиевого электродов:

По уравнению Нернста рассчитаем потенциалы при заданных концентрациях:

Т.к электродный потенциал кадмиевого электрода меньше электродного потенциала медного электрода, то анодом в данном гальваническом элементе будет кадмиевый электрод , а катодом медный электрод.

Запишем электродные реакции происходящие на медном и кадмиевом электродах:

А(Сd) : Cd-2e=Cd⁺²

K(Cu) : Cu²⁺+2e= Cu

Рассчитаем ЭДС гальванического элемента:

Рассчитаем стандартную энергии Гиббса для данной реакции (суммарная реакция гальванического элемента Cd+CuSO₄=CdSO₄+Cu:

∆_f𝐺 ⁰= ∆_𝑓 𝐺 ⁰ ₂₉₈ (CdSO₄) +∆_𝑓 𝐺 ⁰ ₂₉₈ (Cd) − ∆_𝑓𝐺⁰₂₉₈ (Zn)− ∆ _𝑓 𝐺 ⁰ ₂₉₈ (CuSO₄)

∆ _f G ⁰₂₉₈ (Cu)=0 кДж/моль

∆_f G ⁰₂₉₈(Cd)=0 кДж/моль

∆ _f G ⁰₂₉₈ (CuSO₄)= - 680.09 кДж/моль

∆ _f G ⁰₂₉₈ (CdSO₄)= -823,30 кДж/моль

∆ _𝑓 𝐺⁰=-823,30 +0−0-(-680.09) =−143.21 кДж=−143210 Дж

ЭДС реакции может быть так же вычислена по уравнению

Где n- число электронов , принимающих участие в процессе, n=2,

F-постоянная Фарадея, 96500Кл

Тогда:

Максимальная полезная электрическая работа гальванического элемента , которую может совершить система при протекании реакции при постоянном давлении равна энергии Гиббса реакции:

А _мэ =−∆ 𝐺 ⁰.

Тогда

А_мэ=−(−143,21 )=143,21кДж

Рассчитаем потенциал анода ( кадмиевого электрода) при снижении активности ионов кадмия в 100 раз. Активность ионов кадмия по условию 0,1 моль/л, следовательно активность при уменьшении в 100 раз составит 0,001 моль/л

Тогда потенциал электрода согласно уравнения Нернста будет равен:

Тогда ЭДС ГЭ будет равна:

Т.о при уменьшении активности ионов кадмия ЭДС системы увеличится

При работе гальванического элемента концентрация ионов кадмия будет увеличиваться , т.к. материал анода растворяется, следовательно, потенциал анода будет увеличиваться. Потенциал катода, будет уменьшаться, т.к. д концентрация ионов меди в растворе будет уменьшаться .

ЭДС гальванического элемента всегда меньше напряжения гальванического элемента. Разница между ЭДС и напряжением обусловлена омическим падением напряжения внутри элемента при прохождении тока и другими эффектами

ЭДС U	Омическое падение напряжения

Величина внутреннего сопротивления элемента зависит от химического состава электролита, от величины поверхности его электродов и от расстояния между ними. Чем больше поверхность электродов и чем ближе они расположены друг к другу, тем меньше внутреннее сопротивление элемента. Таким образом, для

увеличения напряжения гальванического элемента можно уменьшить сопротивление токоведущих частей ГЭ, увеличить поверхности электродов и уменьшить расстояние между ними, так же можно изменять активности потенциалопределяющих ионов анода и катода ( увеличить концентрацию ионов меди и уменьшить концентрацию ионов кадмия).