Контрольные вопросы

1. Приведите схему гальванического элемента.

2. Дайте определение электродного потенциала.

3. Приведите схему стандартного водородного электрода.

4. Расчет электродного потенциала водородного электрода в различных средах.

5. Условия самопроизвольности протекания электрохимического устройства.

6. Для чего необходимо использовать «солевой мостик»?

7. Приведите пример обратимой электрохимической цепи.

8. Для гальванического элемента, состоящего из железного и свинцового электрода, приведите краткую схему записи.

9. Напишите уравнение Нернста.

10. Причины поляризации гальванического элемента.

11. Классификация электродов.

12. Типы электрохимических цепей.

13. Схема работы свинцового аккумулятора.

Примеры решения задач

Задача 1. Гальванический элемент состоит из металлического цинка (), погруженного в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца (), погруженного в 0,02 м раствор нитрата свинца. Вычислить ЭДС элемента, написать уравнения электродных процессов, составить схему элемента.

Дано:

С_{м (Zn(NO3)2)} = 0,1 М

С_м(Pb(NO3)2)= 0,02 М

Е – ?

Решение: Чтобы определить ЭДС элемента, необходимо вычислить электродные потенциалы. Поскольку в данной задаче приведены не одномолярные растворы электролитов, то необходимо воспользоваться уравнением Нернста.

.

Находим ЭДС элемента:

Е = –= –0,18 – (–0,79) = 0,61 В.

Поскольку >, то на свинцовом электроде будет происходить восстановление, т.е. он будет служить катодом:

Pb²⁺ + 2ē = Pb.

На цинковом электроде будет протекать процесс окисления

Zn = Zn²⁺ + 2ē.

Т.е. этот электрод будет анодом.

Схема рассматриваемого гальванического элемента имеет следующий вид:

Θ Zn/Zn(NO3)2 (0,1 М)//Pb(NO3)2 (0,02 M)/Pb.

Задача 2. Определить ЭДС гальванического элемента:

Ag/AgNO₃ (0,001 M)//AgNO₃ (0,1 M)/Ag.

В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента?

Дано:

С_м(AgNO3)= 0,001 М

С_м(AgNO3)= 0,1 М

Е – ?

Решение: Стандартный электродный потенциал системыAg⁺/Agравен 0,80 В. Обозначив потенциал левого электрода через φ₁, а правого – через φ₂, находим:

φ₁= 0,80 + 0,059lg0,001 = 0,80 + 0,059(–3) = 0,62 В;

φ₂= 0,80 + 0,059lg0,1 = 0,80 – 0,059(–1) = 0,74 В

Вычисляем эдс элемента:

Е = φ₂– φ₁= 0,74 – 0,62 = 0,12 В.

Задача 3.Как изменится ЭДС при работе гальванического элемента

Θ Al/Al(NO3)3 //(Pt)H2/HCl (0,0001 M),

если в процессе работы концентрация ионов Al³⁺меняется от 0,003 до 0,1 моль/л. Перенапряжение η водорода на платине равно 0,09 В. Чему равна концентрационная поляризация анода?

Дано: Е_перен= 0,09 В

С¹_{м Al(NO3)3} = 0,003 М

С²_{м Al(NO3)3} = 0,1 М

С_{м HCl}= 0,0001 М

Е_поляр– ?

Решение: Сначала определим начальные электродные потенциалы анода и катода гальванического элемента:

.

Начальная ЭДС гальванического элемента равна

Е₁=–= –0,23 – (–1,71) = 1,48 В.

Концентрационная поляризация определяется следующим образом:

,

для алюминиевого электрода концентрационная поляризация равна

.

С учетом концентрационной поляризации потенциал алюминиевого электрода равен

= –1,71 + 0,029 = –1,68 В.

Потенциал катода с учетом значения перенапряжения выделения водорода на платине равен

= –0,23 – 0,09 = –0,32 В.

Конечная ЭДС гальванического элемента равна

Е₂= –0,32 – (–1,68) = 1,36 В.

ЭДС гальванического элемента в процессе работы уменьшится на

ΔΕ = 1,48 – 1,36 = 0,12 В.