На основании стандартных электродных потенциалов определите, какой из двух электродов в гэ будет анодом и какой катодом? Почему?
Дан гальванический элемент (ГЭ) Cl2/Cu
Е0 Cl2 /Cl -= +1,359 В.
Е0 Cu 2 +/Cu = +0,337 В
В гальваническом элементе катод – электрод с более положительным значением равновесного потенциала, анод – электрод с более отрицательным значением равновесного потенциала. Значение стандартных потенциалов хлорного электрода и медного электрода приведены выше.
Делаю вывод, что хлорный электрод-катод , медный электрод-анод. .
2. Запишите уравнения процессов, идущих на аноде и катоде и уравнение токообразующей реакции (тор) при работе Вашего гэ.
Уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде в работающем Cu/Cl2 ГЭ и уравнение токообразующей реакции:
А: Cu → Cu2+ + 2е - окисление
К: Cl2 + 2е → 2Cl- - восстановление
ТОР: Cu + Cl2 → Cu2+ + 2Cl -
3. Рассчитайте эдс ( е0 э) и максимальную электрическую работу (w) гэ при с.С. И 298 к.
D f G0Cu2 = 65,03 кДж/моль; D f G0 Cl- = -131,17 кДж/моль;
D f G0 Cu= 0; D f G0 Cl2 = 0
по закону Гесса, рассчитаем энергию Гиббса и ЭДС данного элемента при с.с. и 298 К:
DG0ТОР = D f G0Cu2 + 2D f G0 Cl- - D f G0 Cu - D f G0 Cl2 =
= 65,03+ 2. (-131,17) - 0 - 0 = -197,31 кДж.
Е0Э = - DG0ТОР /nF = - (-197310)/ (2. 96500) = 1,022 B.
или Е0Э= Е0К - Е0А = Е0 Cl2 /Cl - - Е0 Cu2+/Cu = 1,359- 0,337 = 1,022 В.
Максимальная электрическая работа гальванического элемента при с.с.
и 298 К:
W = - DG0ТОР = 197,31 кДж.
4. Рассчитайте эдс (еэ) и максимальную электрическую работу
(W ) Вашего ГЭ при уменьшении активности потенциалопределяющих ионов анода (a i ) в 100 раз (активность ионов катода и парциальное давление газов считать стандартными, Т=298 К).
Рассчитаем ЭДС гальванического элемента Cu/Cl2 по уравнению Нернста
при 298 К; стандартном состоянии катода (Cl2 /Cl - - электрода,
Cl2
= 105
Па/105
Па = 1, а
Cl-
= 1 моль/л);
при уменьшении активности потенциалопределяющих ионов анода (Cu2+/Cu - электрода) в 100 раз, т.е. а Cu2+ =0,01 моль/л:
ЕЭ
= 1,022
+
lg
=
1,022+ 0,118 = 1,14В.
Максимальная электрическая работа ГЭ при этих условиях:
W = - DGТОР = ЕЭ . nF = 1,14.2.96500=74112 Дж=220084 кДж.
5. Покажите ход поляризационных кривых в гальваническом элементе. Объясните, почему меняется значение потенциалов анода и катода при работе гальванического элемента, почему напряжение ГЭ не равно ЭДС.
Равновесные потенциалы электродов и ЭДС могут быть определены в условиях отсутствия тока в цепи. В работающем ГЭ при прохождении электрического тока уменьшается концентрация исходных реагентов и увеличивается концентрация продуктов реакции. Поэтому в соответствии с уравнением Нернста ЭДС элемента уменьшается. Кроме того возрастает поляризация электродов – потенциал анода становится менее отрицательным, потенциал катода – менее положительным. Помимо этого возникают омические потери. В результате напряжение гальванического элемента меньше ЭДС:
U = ЕЭ - I .R - DЕА - DЕК ,
U - напряжение; ЕЭ - ЭДС; I - ток; R – сопротивление;
DЕА , DЕК - поляризация анода, катода.
Изменение потенциалов электродов под действием тока отражают поляризационные кривые:
ЭДС – максимально возможная разность потенциалов между катодом и анодом, в отсутствие тока в цепи.
При протекании тока в ГЭ его напряжение всегда меньше ЭДС, потенциал анода становится более положительным, (поляризация анода ЕА>0)
потенциал катода – более отрицательным вследствие поляризации, ЕK<0.
