Задача 91
Укажите, при каких условиях можно создать гальванический элемент из двух электродов 1-го рода одинаковой химической природы. Приведите пример такого элемента, уравнения аноднокатодных процессов и рассчитайте ЭДС, G и А′м.
Решение:
Гальванический элемент из двух электродов первого рода одинаковой химической природы можно создать при условии различия концентраций потенциалопределяющих ионов в электролитах. Электрод, опущенный в растворе электролита с меньшей концентрацией ионов, является анодом, с большей – катодом. Такой гальванический элемент называется концентрационным. Например:
A(–) |
Ni | NiSO4 (0,01 моль/л) || NiSO4 (0,1 моль/л) | Ni |
K(+) |
Электродные реакции:
A(–): Ni – 2e– |
Ni2+ |
1 |
K(+): Ni2+ + 2e– |
Ni |
1 |
Вычислим электродные потенциалы предложенных электродов по уравнению Нернста:
φ / = φ / |
+ |
, |
∙ Lg(Cм(Ag+)) |
|
|||
|
|
|
|
n – число электронов, участвующих в электродной реакции; n = 2
φ / – стандартный электродный потенциал никелевого электрода; φ / = – 0,25 (В)
|
φ |
|
|
= – 0,25 + |
, |
|
∙ Lg(0,01) = – 0,309 (В) |
|
/ |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
φ |
|
|
= – 0,25 + |
, |
|
∙ Lg(0,1) = – 0,2795 (В) |
|
|
/ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Электродвижущая сила гальванического элемента:
ε = φ – φ = φ / – φ / = – 0,2795 – (– 0,309) = 0,0295 (В)
Полезная работа, совершаемая гальваническим элементом:
Aм = n ∙ F ∙ ε
n – число электронов, участвующих в электродных процессах; n = 2 F – постоянная Фарадея, F = 96500 Кл
Aм = 2 ∙ 96500 ∙ 0,0295 = 5693,5 (Дж)
Изменение свободной энергии Гиббса электрохимической реакции:
∆G = – Aм = – 5693,5 (Дж)
Ответ: ε = 0,0295 (В); Aм = 5693,5 (Дж); ∆G = – 5693,5 (Дж)