6. Электрохимия Ответьте на вопросы:

1. Какие процессы называются электрохимическими?

2. Каковы возможные механизмы возникновения потенциалов на поверхности раздела фаз?

3. Что такое гальванический элемент?

4. Какие скачки потенциалов имеются в гальваническом элементе? За счет каких процессов возникают эти скачки?

5. Схематически представьте медно-цинковый гальванический элемент. Какие процессы протекают на электродах при его работе?

6. Как можно рассчитать потенциал электрода при условиях, которые отличаются от стандартных?

7. Пользуясь рядом стандартных электродных потенциалов, подберите металлы и составьте из них гальванические элементы, которые дадут ЭДС, равные 3,18 и 0,46 В.

8. Из четырех металлов : Ag, Cu, Al, Sn – выберите те пары, которые дают наибольшую ЭДС. Составьте из них гальванический элемент.

9. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых свинец является анодом, а в другом катодом.

10. Что такое диффузный потенциал и почему он возникает? Какова его роль в гальваническом элементе?

11. Какие электроды называются индикаторными?

12. Приведите электрохимические схемы рН-индикаторных электродов и уравнения их электродных потенциалов?

13. Какова конструкция стеклянного электрода?

14. Перечислите мембранные электроды. Как возникает скачок потенциала на мембранном электроде?

15. Что такое окислительно-восстановительные потенциалы? Как и для чего определяют окислительно-восстановительные потенциалы почв?

16. Что представляет собой ряд напряжений металлов и каково его значение?

Задания с выбором ответа

17. К какому типу гальванических элементов относится данная цепь: AgAg⁺(a₁=0,2)Ag⁺ (a₂ = 0,01)Ag

А) химическая; б) окислительно-восстановительная;

г) концентрационная; г) серебряно-стеклянная.

17. Имеем элемент: CuCu²⁺(a=0,02)Zn²⁺ (a=0,02) Zn,

напишите уравнение электродных реакций для этого элемента

а) Сu - 2ē → Сu²⁺ Zn²⁺ +ē → Zn

б) Cu ²⁺ + 2 ē → Cu Zn - 2ē →Zn²⁺

в) Сu - 2ē → Сu²⁺ Cu ²⁺ + ē → Cu

г) Zn²⁺ +ē → Zn Zn - 2ē →Zn²⁺

17. Рассчитать электродный потенциал магния в растворе его соли при концентрации иона Mg²⁺ 0,1 моль/л., если Е⁰_Mg²⁺ = -2,36В.

А) 2,39; б) -2,39; в) 3,28; г) – 3,28.

20. Электрод, который применяется для определения рН …

а) серебряный; б) стеклянный; в) платиновый; г) медный

Основные величины, используемые в электрохимии

Электрическая подвижность иона	U, м2/(В с) U =	Средняя скорость направленного движения ионов в растворе при напряженности электрического поля 1В/м
Электрическая проводимость	L = ; См	Физическая величина, обратная электрическому сопротивлению проводника
Удельная электрическая проводимость		Количество электричества, переносимое ионами, содержащимися в растворе, через поперечное сечение раствора площадью 1м2, при напряженности электрического поля 1 В/м за 1 с
Молярная электрическая проводимость	, См∙М2/моль	Электрическая проводимость 1 моль электролита, находящегося в растворе между параллельными электродами с расстоянием между ними 1 м при напряженности электрического поля 1 В/м
Предельная молярная электрическая проводимость	λ∞ = λ+ + λ-	Молярная электрическая проводимость бесконечно разбавленного раствора (с→0) равна сумме предельных ионных проводимостей
Двойной электрический слой	ДЭС	Упорядоченное распределение противоположно заряженных частиц на межфазной границе
Электродный потенциал	Е =	Возникает на границе металл-раствор в результате протекания окислительно-восстановительных реакций на межфазной границе, сопровождаемых переходом катионов металла через неё. Равен ЭДС гальванической цепи . состоящей из стандартного водородного электрода и электрода, потенциал которого необходимо измерить

Решение типовых задач

Задача №1

Гальванический элемент состоит из медного и цинкового электродов. Рассчитайте концентрацию ионов Cu²⁺ в гальваническом элементе, величина ЭДС которого равна 1,04 в, а концентрация ионов Zn²⁺ равна 0,1 моль/л.

Решение:

ЭДС элемента равна разности электродных потенциалов:

Е=e_Cu-e_Zn

Схема записи элемента: Cu⁰ ½Cu²⁺½½Zn²⁺½Zn⁰

e_Cu e_Zn

Величина электродного потенциала определяется уравнением Нернста :

(1); (2)

ЭДС данной гальванической цепи вычисляется по уравнению :

(3)

Величины e⁰_Cu и e⁰_Zn табличные, они равны e⁰_Cu=+0,34 в, e⁰_Zn= -0,76в.

Из уравнения (3) найдем Сcu²⁺ :

Подставляем данные в задаче величины ЭДС и СZn²⁺:

; значит: lgCCu²⁺= -2-1= -3

Cледовательно, Ccu²⁺=10^-3 моль/л= 0,001 моль/л

Задача 2 .

Составить схему гальванического элемента состоящего из медного и цинкового электродов погруженных в растворы с концентрацией электролитов Zn ²⁺ 0.1моль/л и Cu²⁺ 0,01 моль /л. Рассчитать э.д.с. гальванического элемента.

Решение:

Схема гальванической цепи:

(+)Cu½CuSO₄½KCl½ZnSO₄½Zn (-)

Используя вышеприведенное уравнение (3)

Е⁰(Сu) = 0,34в ; Е⁰(Zn ) = -0,76в ;

Е = 0,34 – (-0,76) +0,059/2 (lg 0.1- lg0.01)= = 1,16 в

Ответ: ЭДС = 1,16 в

Э.д.с. гальванического элемента, составленного из двух разных электродов, но с одинаковой концентрацией (активностью) их солей, равна разности стандартных потенциалов этих электродов.

Задания для индивидуальной самостоятельной работы

21. – 44. а)Составьте схему гальванического элемента из двух электродов, погруженных в раствор с соответствующей концентрацией.

б) Напишите уравнение реакции на электродах.

в)Рассчитайте ЭДС этого гальванического элемента для стандартных условий.

Вариант	Концентрация катионов полуэлементов, моль/л			Концентрация катионов полуэлементов, моль/л
	Первого	Второго		Первого	второго
21	Zn/Zn2+ - 0.01	Ag/Ag+ - 0.02	34	Ni/Ni2+ - 0.02	Ni/Ni 2+ -0.2
22	Mg/Mg2+ - 0.1	Ag/Ag+ - 0.2	35	Al/Al3+ - 0.3	Fe/Fe2+- 0.2
23	Cu/Cu2+ - 0.02	Ni/Ni2+ - 0.01	36	Mg/Mg2+- 0.1	Cu/Cu2+ - 0.1
24	Pb/Pb2+ - 0.01	Cu/Cu2+ - 0.1	37	H2/2H+ - 1	Ag/Ag+ - 0.1
25	Ag/Ag+-0.001	Ag/Ag+ - 1.0	38	Fe/Fe2+ - 0.02	Ag/Ag+ - 0.1
26	Zn/Zn2+ - 0.1	Ni/Ni2+ - 0.1	39	Ag/Ag+-0.01	Ni/Ni2+ - 0.1
27	Fe/Fe2+ - 0.1	Cu/Cu2+ -0.1	40	Zn/Zn2+ - 0.1	Fe/Fe2+ - 0.1
28	Mn/Mn2+ - 0.2	Ag/Ag+ - 0.01	41	H2/2H+ - 1	Cr/Cr3+ - 0.1
29	Fe/Fe2+ - 0.1	Cr/Cr3+ - 0.1	42	Ni/Ni2+ - 0.05	Mn/Mn2+ - 0.2
30	Ni/Ni2+ - 0.05	Cu/Cu2+ - 0.2	43	H2/2H+ - 0.02	Cd/Cd2+ - 0.02
31	Sn/Sn2+ -0.02	Cu/Cu2+ - 0.1	44	Sn/Sn2+ -0.02	Ag/Ag+ - 0.01
32	Mg/Mg2+- 0.05	Cu/Cu2+ - 0.2	45	Cu/Cu2+ - 0.2	Fe/Fe2+ - 0.1
33	H2/2H+ - 0.02	Ni/Ni2+ - 0.1

46. Определите электродвижущую силу медной концентрационной цепи при 18⁰С, если концентрации ионов меди в растворах равны 1 моль/л и 0,1 моль/л. Коэффициенты активности в растворах этих концентраций соответственно равны f₁=0,05 и f₂=0,16.

47. Гальванический элемент состоит из медного и цинкового электродов. Приведите выражение для расчета ЭДС такого элемента с учетом концентраций ионов Cu²⁺ и Zn²⁺. Рассчитайте концентрацию ионов Cu²⁺ в гальваническом элементе, величина ЭДС которого равна 1,04 в, а концентрация ионов Zn²⁺ равна 0,1 моль/л.

48. Гальванический элемент состоит из серебряного электрода, погруженного в 1М раствор нитрата серебра и стандартного водородного электрода. Написать уравнения электродных процессов и суммарной реакции, происходящей при работе элемента. Чему равна его ЭДС?

49. Рассчитать электродный потенциал магния в растворе его соли при концентрации иона Mg²⁺ 0,1 моль/л.

50. Вычислить потенциал водородного электрода, погруженного: а) в чистую воду, б) в раствор с рН=3,5.

51. ЭДС элемента, состоящего из медного и свинцового электродов, погруженных в 1М растворы солей этих металлов, равна 0,47 в. Изменится ли ЭДС, если взять 0,001 М растворы? Ответ обосновать.

52. Какие процессы происходят на электродах гальванического элемента

Zn½Zn²⁺(C₁)½½Zn²⁺(C₂) ½Zn (C₁<C₂)? В каком направлении перемещаются электроны во внешней цепи?

46. Имеется гальванический элемент Pb½Pb²⁺½½Ag⁺½Ag . Как изменится его ЭДС, если в раствор, содержащий ионы свинца, добавить сероводород?

47. ЭДС гальванического элемента, составленного из водородного и каломельного электродов, при 25⁰С равна 0,65в. Вычислить рН раствора.

48. –58. Дайте вывод связи величины рН раствора водородного электрода с ЭДС гальванического элемента каломельно-водородной цепи. Рассчитать рН по данным таблицы.

№	Гальванический элемент	ЭДС	рН стандарт. электрода
55	Pt½хг, Н+½½KCl½½Hg 2Cl2½Hg	0,337	-
56	Pt½хг, Нст+½½KCl½½Hx+, хг½Pt	0,260	2,04
57	Hg½Hg 2Cl2, KCl½½KCl½½H+½(H2)Pt	0,434	-
58	Pt½хг, Н+½½KCl½½Hg2Cl2, KCl½Hg	0,425	-