Токообразующая реакция  суммарная химическая окислительно-восстановительная реакция, протекающая в гальваническом элементе

Анодный процесс A(): Mg⁰  2ē = Mg²⁺ окисление

Катодный процесс K(+): 2Н⁺ + 2ē = H⁰₂ восстановление

____________________

Токообразующая реакция: Mg⁰ +2Н⁺ = Mg²⁺ + Н⁰_2.

В молекулярной форме токообразующая реакция имеет вид

Mg⁰ + Н₂SO₄ = MgSO₄ + H₂ .

Во внешней цепи электроны будут переходить от анода к катоду, то есть от магниевого электрода к никелевому.

Пример 4.4. Гальванический элемент состоит из кобальтовой пластины в 1 М растворе нитрата кобальта и серебряной пластины в 0,1 М растворе нитрата серебра. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и токообразующей реакции, вычислите ЭДС гальванического элемента.

Решение. Стандартные электродные потенциалы кобальта и серебра (прил. 2) равны, соответственно: E⁰_Cо²⁺/ _Cо = 0,277 B; Е⁰_Аg⁺/ _Ag = +0,80 В. Так как кобальт имеет меньшее значение электродного потенциала, чем серебро, он является анодом, серебро  катодом в гальваническом элементе (см. пример 4.3.).

Составляем схему гальванического элемента с растворами двух электролитов Со(NO₃)₂ и AgNO₃. При схематической записи границу раздела между двумя растворами электролитов (ионными проводниками) обозначают двумя вертикальными чертами.

A() Cо | Со(NO₃)₂ || AgNO₃  Ag (+)K или A() Cо | Со²⁺ || Ag⁺  Ag (+)K

Запишем электронные уравнения анодного и катодного процессов и уравнение токообразующей реакции (см. пример 4.3.)

A(): Cо⁰  2ē = Cо²⁺ 1 окисление.

K(+): Ag⁺ + ē = Ag⁰ 2 восстановление

______________________

Cо⁰ + 2Ag⁺ = Со²⁺ + 2Аg⁰

или Cо⁰ + 2AgNO₃ = Cо(NO₃)₂ + 2Ag⁰_.

Для расчёта ЭДС (электродвижущей силы) гальванического элемента необходимы величины равновесных электродных потенциалов анода и катода.

ЭДС гальванического элемента равна разности равновесных электродных потенциалов катода Е_К (Е₊ ) и анода Е_А(Е_) ЭДС = Е_К  Е_А = Е₊  Е_

Определим равновесные электродные потенциалы кобальтового и серебряного электродов по уравнению Нернста при заданных концентрациях ионов металлов (см. пример 4.1.):

[Co²⁺] = [Со(NO₃)₂] = 1 моль/л; [Ag⁺] = [AgNO₃] = 0,1 = 10^–1 моль/л.

Е_Со²⁺/_Со = E⁰_Со²⁺/ _Со+ lg[Со²⁺] = 0,277 + lg1 = 0,277 В;

Равновесный потенциал кобальтового электрода равен его стандартному потенциалу.

E_Ag⁺/_Ag = E⁰ _Ag⁺/_Ag + lg[Ag⁺] = 0,80 + lg10^–1 = 0,859 В.

Рассчитаем ЭДС гальванического элемента:

ЭДС = Е_К  Е_А = E_Ag⁺/_Ag  Е_Со²⁺/_Со = 0,859  (0,277) = 1,136 В.

Многовариантные задания

Задание 4.1. Гальванический элемент составлен из пластин двух металлов Ме(1) и Ме(2), погруженных в растворы собственных солей соль(1) и соль(2) с молярной концентрацией С_М(1) и С_М(2), соответственно (варианты задания в табл. 4.1):

4.1. Определите, какой металлический электрод является катодом, а какой – анодом.

4. 2.Составьте схему гальванического элемента.

4.3. Напишите электронные уравнения электродных процессов.

4.4. Составьте уравнение токообразующей реакции.

4.5. Рассчитайте величины равновесных потенциалов электродов.

4.6. Вычислите значение ЭДС гальванического элемента.

4.7. Укажите направление движения электронов во внешней цепи.

Варианты заданий Таблица 4.1

Вариант	Ме(1)	Ме(2)	Соль(1)	Соль(2)	СМ(1), моль/л	СМ(2), моль/л
1	Co	Cu	CuCl2	CoCl2	1	0,1
2	Cu	Sn	CuSO4	SnSO4	0,1	0,01
3	Hg	Pb	Hg(NO3)2	Pb(NO3)2	0,01	1
4	Cr	Fe	CrCl3	FeCl3	0,1	0,001
5	Cu	Mn	Cu(NO3)2	Mn(NO3)2	0,01	0,1
6	Pb	Fe	Pb(NO3)2	Fe(NO3)2	0,1	1
7	Cr	Cu	CrSO4	CuSO4	0,01	0,01
8	Fe	Mg	Fe(NO3)2	Mg(NO3)2	1	0,1
9	Ag	Fe	AgNO3	Fe(NO3)2	0,01	1
10	Cr	Al	Cr2(SO4)3	Al2(SO4)3	0,001	0,01
11	Al	Co	AlCl3	CoCl2	0,1	0,1
12	Cu	Pb	Cu(NO3)2	Pb(NO3)2	0,1	0,001
13	Fe	Zn	FeCl2	ZnCl2	0,1	1
14	Zn	Ag	Zn(NO3)2	AgNO3	1	0,1
15	Cu	Ni	CuSO4	NiSO4	0,001	0,01
16	Ni	Al	NiCl2	AlCl3	1	0,01
17	Fe	Cu	FeCl3	CuCl2	1	0,001
18	Fe	Ag	Fe(NO3)2	AgNO3	0,1	0,01
19	Cr	Zn	CrCl2	ZnCl2	0,01	0,1
20	Ni	Cu	NiSO4	CuSO4	0,1	0,01
21	Co	Ni	CoSO4	NiSO4	0,001	0,1
22	Ag	Ti	AgNO3	TiCl2	0,001	0,1
23	Ag	Co	AgNO3	CoSO4	0,001	0,1
24	Pb	Fe	Pb(NO3)2	Fe(NO3)2	0,1	1
25	Cr	Cu	CrSO4	Cu SO4	0,01	0,1
26	Fe	Mg	FeCl3	MgCl2	1	0,01
27	Ag	Fe	AgNO3	Fe(NO3)2	0,01	1
28	Cr	Al	Cr2(SO4)3	Al2(SO4)3	0,1	0,001
29	Al	Co	AlCl3	CoCl2	0,001	0,1
30	Ni	Cr	NiSO4	Cr2(SO4)3	0,01	1
31	Fe	Ag	Fe(NO3)2	AgNO3	0,1	0,01
32	Al	Co	AlCl3	CoCl2	0,1	0,1
33	Cr	Fe	CrCl3	FeCl3	0,1	0,001
34	Co	Cu	CuCl2	CoCl2	1	0,1
35	Fe	Ti	FeCl3	TiCl2	0,1	0,01
36	Sn	Cu	Sn(NO3)2	Cu(NO3)2	0,001	1
37	Ag	Co	AgNO3	Co(NO3)2	0,001	0,1
38	Cr	Al	Cr(NO3)3	Al(NO3)3	0,01	1
39	Fe	Cu	Fe2(SO4)3	CuSO4	1	0,001
40	Mn	Mg	Mn(NO3)2	Mg(NO3)2	0,001	0,1

Задание 5. Электролиз водных растворов электролитов