Семинары по физхимии_2013 / Семинар 11

Семинар № 11

ЭДС гальванических элементов. Элементы с переносом и без переноса. Концентрационные цепи. Термодинамика гальванического элемента

1 Напишите уравнения реакций, протекающих в следующих элементах:

а) Cu | CuCl2, AgCl | AgCl(тв), Ag;

б) Cd | CdSO4, Hg2SO4 | Hg2SO4(тв), Hg;

в)Pt , H2 | H2SO4 | Hg2SO4 (тв.), Hg;

г) Cu, Cu(OH)2 (тв.) | NaOH | H2, Pt.

2 Как должны быть составлены гальванические элементы и полуэлементы, чтобы в них протекали реакции:

а) Cd(т)+ CuSO4 = CdSO4 + Cu(т); б) 2Ag+ + H2(г) = 2Ag(т) + 2H+; в) Ag+ + J– = AgJ(т); г) H2(г) + Cl2(г) = 2HCl(раствор); д) Zn(т) + 2Fe3+ = Zn2+ + 2Fe2+; е) H+ + OH- = H2O; ж) H2(г) + ½O2(г) = H2O(ж).

3 При 298 К для гальванического элемента

Mn | MnCl₂ (с = 10^–3 моль/дм³) ||HCl(с = 10^–2 моль/дм³) | О₂ (Р = 0,25атм), Pt

а) запишите полуреакции, протекающие на электродах, и суммарную токообразующую реакцию;

б) рассчитайте по предельному закону Дебая – Хюккеля коэффициенты активности потенциалопределяющих ионов;

в) определите ЭДС цепи, изменение энергии Гиббса для токообразующей реакции и максимальную полезную работу, совершаемую в ГЭ. Значения стандартных потенциалов электродов взять из справочника. Ответ: 2,37 В

4 Используя уравнение Дебая –Хюккеля, вычислите при 25 ⁰С среднеионный коэффициент активности хлорида цинка в растворе с моляльной концентрацией соли 0,0050 моль/кг H₂O.

ЭДС гальванического элемента

Zn│ ZnCl₂ (0,0050моль/кг) │Hg₂Cl₂, Hg

при 25⁰С равна 1,2272 В. Запишите уравнение токобразующей реакции и вычислите стандартную ЭДС этого элемента, используя при расчете уравнение Дебая-Хюккеля. Результат расчета сравнитесо справочником.

5 Рассчитайте ЭДС гальванического элемента:

Pt ,H₂│Муравьиная кислота (0,5 моль/дм³)║Уксусная кислота(1,0 моль/дм³)│H₂, Pt.

Константы диссоциации кислот взять из справочника.

6 Зависимость ЭДС от температуры для элемента, в котором протекает реакция

Zn +Hg₂SO₄ = ZnSO₄ + 2Hg ,

выражается уравнением Е = 1,4328 – 0,00119 ( Т – 288) – 7∙10^–6 (Т –288 )²,

Запишите схему гальванического элемента и определите его тип, проведите классификацию электродов. Рассчитайте Δ_rG⁰ , Δ_rS⁰, Δ_rH⁰ для токообразующей реакции при 303К.

7 ЭДС гальванического элемента, составленного из водородного и нормального каломельного электродов, равна 0,664 В при 298 К. Вычислите рН исследуемого раствора и активность ионов гидроксония в нем, если потенциал нормального каломельного электрода (с(KCl) = 1,0 моль/дм³) равен 0,2812 В, Р(Н₂) = 1 атм. Запишите схему гальванического элемента и уравнение токообразующей реакции. Ответ: рН = 6,47

8 Рассчитайте стандартную ЭДС топливного элемента, в котором протекает реакция

С₂Н_6(г) + 3,5 О_2(г) → 2 СО_2(г) + 3 Н₂О _(ж).

Необходимые термодинамические данные взять из справочника. Составьте схему гальванического элемента и запишите полуреакции, протекающие на электродах.

Ответ: 1,086 В

9 Водород – кислородный топливный элемент работает при 298 К и давлениях кислорода и водорода, равных 3 атм. Какова ЭДС элемента, если газы считать идеальными.

Ответ: 1,250 В

10 С помощью первого приближения теории Дебая – Хюккеля рассчитайте, как изменится потенциал водородного электрода, находящегося при 298 К в растворе HBr, если концентрацию HBr в растворе увеличить от 1·10^–2 до 2·10^–2 моль/кг, а давление водорода от 1 до 2 атм. Ответ: ΔЕ = + 7,7 мВ

11 Дан концентрационный гальванический элемент без переноса:

– Сu CuSO₄(b₁)│Ag₂SO_4(тв.),Ag – Ag, Ag₂SO_4(тв.) │CuSO₄(b₂) Cu + ,

I II

где b₁ < b₂ – моляльные концентрации сульфата меди. Запишите полуреакции на электродах, реакции в гальванических элементах I и II, суммарный токообразующий процесс, выведите формулы для расчета E_I и E_II, а также E = E_I + E_II , записанные через моляльные концентрации соли и соответствующие среднеионные коэффициенты активности.