Решение типовых задач

Таблица 5.1.1

Стандартные электродные потенциалы в водных растворах

при 298 К

№ п/п	Электродная реакция	Е0, В	№ п/п	Электродная реакция	Е0, В
1	Li+ + e → Li0	- 3,05	14	Sn+2 + 2e → Sn0	- 0,14
2	К+ + е →К0	- 2,93	15	Pb2+ + 2е → Pb0	- 0,13
3	Са2+ + 2е → Са0	- 2,87	16x	2H+ + 2e → H20	0
4	Na+ + e → Na0	- 2,71	17	Bi3+ + 3e → Bi0	+ 0,22
5	Mg2+ + 2e → Mg0	-2,36	18	Cu2+ + 2е → Cu0	+ 0,34
6	Al3+ + 3e → Al0	- 1,66	19	Ag+ + e → Ag0	+ 0,80
7	Mn2+ + e → Mn0	-1,18	20	S0 + 2e → S2-	- 0,45
8	Zn2+ + 2e → Zn0	- 0,76	21	J2 + 2е → 2 J-	+ 0,54
9	Cr+3 + 3e → Cr0	- 0,74	22	Br02 + 2e → 2 Br -	+ 1,06
10	Fe+2 + 2e → Fe0	- 0,44	23	S2O82- + 2e → 2 SO42-	+ 2,01
11	Cd+2 + 2e → Cd0	- 0,40	24	F02 + 2e → 2 F-	+ 2,87
12	Co2+ + 2e → Co0	- 0,28	25	Cl20 + 2e → 2 Cl-	+ 1,36
13	Ni2+ + 2e → Ni0	- 0,25	26	O20 + H2O + 4e → 4 OH-	+ 1,23

^x В нейтральном растворе (рН = 7) Е_2Н⁺_{/ Н}⁰ = - 0,41 В,

Задача 1. Кобальтовые пластины погружены: одна в раствор сульфата цинка, другая – сульфата меди. В каком случае будет происходить реакция? Ответ обоснуйте, напишите молекулярные и электронные уравнения соответствующих реакций.

Решение. Записываем стандартные электродные потенциалы (см. табл.5.1.1)

Е⁰_Со²⁺/_Со⁰ = - 0,28 В, Е⁰_Сu²⁺/_Сu⁰ = + 0,34 В, Е⁰_Zn²⁺/_Zn⁰ = - 0,76 В,

Рассматриваем поочередно каждый из предложенных вариантов:

а) Со + ZnSО₄ реакция не идет, т.к. стандартный электродный потенциал Со более положительный, чем Zn, следовательно, Со менее активен и не способен восстановить Zn²⁺;

б) Со + CuSO₄ = СоSO₄ + Cu

Со⁰ – 2 е → Со²⁺ (процесс окисления);

Cu²⁺ + 2 е → Cu⁰ (процесс восстановления).

Данная реакция идет. Кобальт активней меди (Е⁰_Со²⁺/_Со⁰ более отрицателен, чем Е⁰_Сu²⁺/_Сu⁰ ) и может вытеснить ее ионы из раствора соли.

Задача 2. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из титановой и алюминиевой пластин, опущенных в растворы собственных солей, и напишите уравнения электродных процессов, если

а) С_Al³⁺ = C_Ti²⁺ = 1 моль/л,

б) C_Ti²⁺ = 10^-4 моль/л, С_Al³⁺ = 1 моль/л.

Решение. Составим схему гальванического элемента

Al | Al(NO₃)₃ ║ Ti(NO₃)₂ | Ti.

Вертикальная черта обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, две черты – граница раздела двух растворов – пористая перегородка или электролитический мостик.

а) сравнивая стандартные электродные потенциалы

Е⁰ _Al³⁺/ _Al⁰ = -1,66 В и Е⁰_Ti²⁺/ _Ti⁰ = - 1,60 В, приходим к выводу, что в стандартных условиях (С_Al³⁺ = C_Ti²⁺ = 1 моль/л) электрод из алюминия – анод, а электрод из титана – катод:

катод: Ti²⁺ + 2 е → Ti⁰ (процесс восстановления);

анод: Al⁰ – 3 е → Al³⁺ (процесс окисления);

б) в условиях отличных от стандартных отдельный электродный потенциал титана рассчитываем по уравнению Нернста

Е_Ti²⁺/ _Ti⁰ = - 1,6 + lg 10^-4 = - 1,72 В

Е_Ti²⁺/ _Ti⁰ = - 1,72 В; Е⁰ _Al³⁺/ _Al⁰ = -1,66 В.

Сравнивая электродные потенциалы, видим, что в данном случае титан – анод, т.к. его электродный потенциал более отрицательный, чем у алюминия:

катод: Аl⁺³ +3 е → Аl ⁰ (процесс восстановления);

анод: Тi⁰ - 2 e → Ti⁺² (процесс окисления).