Стандартные электродные потенциалы (е0) некоторых металлов (ряд напряжений)

Электрод	Е0, В	Электрод	Е0, В
Li+/Li	-3,045	Cd2+/Cd	-0,403
Rb+/Rb	-2,925	Co2+/Co	-0,277
K+/K	-2,924	Ni2+/Ni	-0,25
Cs+/Cs	-2,923	Sn2+/Sn	-0,136
Ba2+/Ba	-2,90	Pb2+/Pb	-0,127
Ca2+/Ca	-2,87	Fe3+/Fe	-0,037
Na2+/Na	-2,714	2H+/H2	0
Mg2+/Mg	-2,37	Sb3+/Sb	0,20
Al3+/Al	-1,70	Bi3+/Bi	0,215
Ti2+/Ti	-1,603	Cu2+/Cu	0,34
Zr4+/Zr	-1,58	Cu+/Cu	0,52
Mn2+/Mn	-1,18	Hg2+/2Hg 2	0,79
V2+/ V	-1,18	Ag+/Ag	0,80
Cr2+/Cr	-0,913	Hg2+/Hg	0,85
Zn2+/Zn	-0,763	Pt2+/Pt	1,19
Cr3+/Cr	-0,74	Au3+/Au	1,50
Fe2+/Fe	-0,44	Au+/Au	1,70

Как уже отмечалось выше, определяют не абсолютные, а относительные электродные потенциалы. Делают это с помощью гальванических элементов, измеряя их максимальное напряжение и электродвижущую силу (ЭДС). Поскольку ЭДС всегда положительная, то ее можно представить как

Е=Е⁺-Е^- >0,

где Е⁺ - более высокий потенциал (соответствует электроду, на котором происходит полуреакция восстановления), то есть потенциал окислителя;

Е^- - более низкий электродный потенциал (соответствует электроду, на котором происходит полуреакция окисления), то есть потенциал восстановителя.

ЭДС отвечает состоянию гальванического элемента, в котором вся высвобождающаяся и свободная энергия (G<0) преобразуется в электрическую работу, то есть G=-А_эл.

А_эл=nFЕ,

где n – число электронов, проходящих в элементарном акте от восстановителя к окислителю.

F – число Фарадея = 96500 кулонам, соответствующее количеству электричества, связанного с перемещением 1 моля электронов, (А_эл – это работа по перемещению заряда (nF) с разностью потенциалов Е).

Остальную информацию смотрите в решении типовых задач.

Пример 1. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются медная и цинковая пластины, погруженные в растворы, содержащие их ионы, с активной концентрацией 1моль/л. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, и вычислите ЭДС.

Решение. Схема данного гальванического элемента представляется следующим образом:

A: (-)Zn Zn²⁺ Cu²⁺ Cu(+): K (3)

Граница раздела между металлом и раствором обозначается вертикальной чертой, граница между растворами электролитов – двойной вертикальной чертой – пористая перегородка или специальная соединительная трубка, заполненная раствором электролита. Слева записывают электрод с более отрицательным потенциалом, выполняющий роль анода (в данном случае цинк); E⁰(Zn²⁺/Zn) =-0,763B,

- справа с более положительным потенциалом, выполняющий роль катода (в данном примере медь; E⁰(Cu²⁺/Cu) =0,34В)).

На аноде протекает процесс окисления

Zn⁰-2e^-=Zn²⁺ (4)

На катоде – процесс восстановления

Cu²⁺+2e^-=Сu⁰ (5)

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующей работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (4) и катодного (5) процессов (полуреакций):

Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль/л (стандартная концентрация), то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов

Е=E⁰(Cu²⁺/Cu) - E⁰(Zn²⁺/Zn) =0,34-(-0,763)=1,103B

Пример 2. Вычислить потенциал никелевого электрода в растворе его ионов с концентрацией 0,001моль/л.

Решение. Электродный потенциал металла (Е) зависит от его природы, концентрации его ионов в растворе и температуры. Эта зависимость выражается уравнением Нернста

где Е⁰ – стандартный потенциал;

R – газовая постоянная;

T – абсолютная температура, K;

F – постоянная Фарадея (96500кл/моль);

n – число электронов, участвующих в элементарном акте электродного процесса;

[Meⁿ⁺] – концентрация ионов металла в растворе электролита;

[Me] – концентрация металла (восстановленной формы).

После подстановки значений R,F и T для 298⁰K это уравнение принимает вид:

Исходя из этого, определим потенциал никелевого электрода при данных в задании условиях:

Пример 3. Магниевую пластину опустили в раствор его соли. При этом электродный потенциал магния оказался равен –2,41В. Вычислите концентрацию ионов магния (в моль/л).

Решение. Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (см. пример 2):

= 4,4 ^. 10^-2моль/л

Пример 4. Определите ЭДС гальванического элемента:

Ag AgNO₃ (0,001м) AgNO₃ (0,1м) Ag

В каком направлении будут смещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента?

Решение. Гальванический элемент может быть составлен не только из различных, но и из одинаковых электродов, погруженных раствор одного и того же электролита, различающегося только концентрацией (концентрационные гальванические элементы). ЭДС такого элемента также равен разности потенциалов составляющих его электродов. Отсюда потенциал левого (по схеме) электрода (Е₁) будет равен

E₁=0,8+0,059 ^. lg10^-3=0,8+0,059 ^.(-3)=0,62B

а правого –

E₂=0,8+0,059 ^. lg10^-1=0,8+0,059 ^.(-1)=0,74B

Вычисляем ЭДС концентрационного элемента:

_{+ -}

E=E₂ – E₁=0,74 – 0,62=0,12B

Поскольку Е₁> E₂, то левый электрод будет служить отрицательным полюсом элемента, и электроны будут смещаться во внешней цепи от левого электрода (анода) к правому (катоду).