8. Электрохимия

Решение:

Электродная реакция может быть записана следующим образом:

Cd2+ + 2ē → Cd

Количество электронов, участвующих в данной электродной реакции n=2 Равновесный электродный потенциал рассчитываем по уравнению

Нернста:

0 RTzF ln aCd2

0, 403 8,314 303 ln 0,015 0, 4578B 2 96485

Задание 1

Рассчитайте потенциалы электродов при следующих условиях. Средние коэффициенты активности взять из справочника.

Задача №2

Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного из полуэлементов Zn2+/Zn и Cu2+/Cu при температуре 20ºС, если активности ионов цинка и меди равны 0,1 и 0,05 соответственно.

Уравнение окислительно-восстановительной реакции записывается следующим образом:

Cu2+ + Zn → Cu + Zn2+,

следовательно, ЭДС гальванического элемента может быть рассчитана на основе уравнения Нернста по формуле:

Задание 2

Рассчитайте ЭДС гальванического элемента при следующих условиях:

Задача №3

Как должен быть составлен гальванический элемент, чтобы в нём протекала следующая химическая реакция:

2Ag + Hg2Cl2 = 2AgCl + 2Hg.

Чему равна стандартная ЭДС элемента?

Решение.

При работе гальванического элемента серебро окисляется, а ртуть

восстанавливается:

Ag – ē → Ag+

Hg22+ + 2ē → 2Hg

Следовательно, хлорсеребряный электрод – отрицательный, а каломельный – положительный. Гальванический элемент можно записать следующим образом:

Ag/AgCl,KCl//KCl,Hg2Cl2/Hg.

Стандартные потенциалы электродных реакций:

φ0Ag+/Ag = 0,222B φ0Hg22+/Hg = 0,268B.

Стандартная ЭДС гальванического элемента:

Е0 = 0,268 – 0,222 = 0,046В

Задание 3.

Составьте гальванический элемент, чтобы в нём протекали следующие реакции и рассчитайте его ЭДС в стандартных условиях.

Задача №4

Написать химическую реакцию, протекающую в данном гальваническом элементе в стандартных условиях:

Pt/H+,MnO4– ,Mn2+ //Co3+,Co2+ /Pt.

Решение:

В таблице стандартных потенциалов находим потенциалы электродных реакций:

Следовательно на левом электроде будет происходить окисление Mn2+, а на правом – восстановление Co3+ .

Тогда протекающая в элементе реакция запишется следующим образом:

5Co3+ + Mn2+ +4H2O = 5Co2+ +8H+ + MnO4-

Задание 4.

Написать химическую реакцию, протекающую в указанном гальваническом элементе и рассчитать его ЭДС в стандартных условиях.

Задача №5.

Рассчитать активность ионов кобальта, если при температуре 298К ЭДС гальванического элемента Co/CoSO4//H+/H2,Pt составляет 0,25В.

Решение:

В гальваническом элементе протекает реакция:

2H+ + Co → H2 +Co2+.

Кобальтовый электрод является отрицательным, а водородный – положительным.

Тогда ЭДС гальванического элемента:

E = φ°+ – φ–

φ– = φ°+ – E φ°+ = 0

φ– = –E

φ(Co2+/Co) = – E = – 0,25B

Задача №6:

Рассчитать произведение растворимости хлорида меди при Т = 298К,

если стандартный потенциал электрода Cl–/CuCl/Cu φ0Cl-/CuCl/Cu = 0,137В, а стандартный потенциал медного электрода φ0Cu2+/Cu =0,521 В.

Решение:

На электроде протекает реакция:

CuCl + ē → Cu + Cl–

Стандартный потенциал электрода второго рода:

Co2 / Co Co0 2 / Co RTzF ln aCo2

34