11.2. Приклади розвязування типових задач

Задача1. Запропонуйте два ГЕ, в одному з яких цинк є анодом, а у другому - катодом. Напишіть рівняння реакцій, що відбуваються на електродах при роботі цих елементів, розрахуйте Е.Р.С. і ΔG за стандартних умов.

Розв`язок . Перший ГЕ: анод (-) Zn|Zn²⁺||Cu²⁺|Cu(+)катод .

На аноді (-): Zn⁰ - 2e → Zn²⁺; на катоді (+): Cu²⁺ + 2e → Cu⁰ .

E.P.C.(ΔE ) = E_к – E_а = 0,34 - (-0,76) = 1,10 B .

ΔG = -nF·ΔE = -2·96500·1,10 = 212300 Дж/моль = 212,3 кДж/моль .

Другий ГЕ: анод (-) Mg|Mg²⁺||Zn²⁺|Zn(+) катод .

На аноді (-): Mg⁰ - 2e → Mg²⁺ ; на катоді (+): Zn²⁺ + 2e → Zn⁰ .

Е.Р.С. (ΔЕ) =E_к–E_а = -0,76 - (-2,38) = 1,62 В.

ΔG = - nF·ΔE = -2·96500·1,62 = 321660 Дж/моль = 312,66 кДж/моль .

Задача 2.Складіть схему гальванічного елемента, у якому електродами є залізо і мідь, занурені в розчини з молярною концентрацією іонів відповідно 1 і 0,1 моль/л відповідно; розрахуйте його Е.Р.С..

Роз’вязок.Схема гальванічного елемента має вид:

(-)Fe

Fe2+(1 М)

Cu2+(0,1 М)

Cu (+)

Вертикальна риса позначає поверхню розділу між електродами (металами) і розчином, а дві риси – межу, розподілу рідких фаз. Залізо має менший потенціал (– 0,44 В) (у порівнянні з міддю) і є анодом, на якому протікає процес окиснення :

–2e  Fe²⁺.

Мідь, електродний потенціал якої + 0,34 В, є катодом, тобто електродом, на якому протікає відновний процес:

Сu²⁺ + 2e  .

Рівняння окисно-відновної реакції, що характеризує роботу даного гальванічного елемента, має вид:

+ Сu²⁺  Fe²⁺ + .

Е.Р.С. гальванічного елемента визначаємо як різницю електродних потенціалів катода й анода:

Е.Р.С. = Е_к – Е_а E= -0,44 -= -0,44 В;

Е= 0,34 -= 0,31 В. Е.Р.С. = 0,31 – (-0,44) = 0,75 В.

Задача 3.Який гальванічний елемент називається концентраційним? Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть Е.Р.С. гальванічного елемента, що складається зі срібних електродів, занурених відповідно в 0,01 М и 0,1 М розчини аргентум нітрату.

Розв’язок. Гальванічний елемент може бути складений не тільки з різних, але і з однакових металевих електродів, занурених у розчини солей цього металу, що розрізняються тільки концентрацією – концентраційні гальванічні елементи.

Стандартний електродний потенціал Е⁰= 0,80 В. Позначимо потенціал першого електрода Е₁, а другого – Е₂, тоді: Е₁ = 0,80 + 0,059lg0,01 = 0,68 В; Е₂ = 0,80 + 0,059lg0,1 = 0,74 В.

Оскільки Е₁<Е₂, то перший електрод буде служити негативним полюсом елемента (анодом), і електрони будуть переміщатися від нього до другого електрода (катода):

(-) Ag

AgNO3 (0,01 M)

AgNO (0,1М)

Ag (+)

Анодний процес (окиснення): – e Ag⁺

Катодний процес (відновлення): Ag⁺ + е  . Сумарно :+ Ag⁺= + Ag⁺

1.3. Задачі для самостійного рішення: 658, 660, 661