Расчет потенциала водородного электрода при различных рН раствора

Задача 666.
Чему равен потенциал водородного электрода при рН = 10: а) -0,59В; б) -0,30В; в) 0,30В; г) 0,59В?
Решение:
Электродный потенциал, зависящий от концентрации ионов Н+ (или ОН-), т.е. от рН раствора определяется выражением: E = -0,059pH, получим: E = -0,059 . 10 = 0,59В. 

Ответ: г).


Задача 667.
На сколько изменится потенциал цинкового электрода, если раствор соли цинка, в который он погружен, разбавить в 10 раз:
а) возрастет на 59 мВ; 6) уменьшится на 59 мВ; в) возрастет на 30 мВ; г) уменьшится на 30 мВ?
Решение:
Стандартный потенциал цинкового электрода равен -0,76В. Для расчета потенциала используем уравнение Нернста:

уравнение Нернста, Nernst, nernst

 Е0 – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе. Электрохимическая система цинкового электрода имеет вид:

Zn2+ = 2электрон = Zn

Таким образом, в процессе окисления участвует два электрона, и при этом, используя уравнение Нернста, и то, что по условию задачи концентрация ионов цинка уменьшена в 10 раз, получим:

потенциал

Находим изменение потенциала цинкового электрода при разбавлении раствора соли в 10 раз: Е0 – Е = -0,76 – (-0,7895) = 0,0295  0,03В или 30мВ.

Ответ: г).


Задача 668.
Водородный электрод погружен в раствор с рН = 0. На сколько изменится потенциал электрода, если раствор нейтрализовать до рН = 7:
а) увеличится на 59 мВ; б) увеличится на 0,41 В; в) уменьшится на 0,41 В; г) уменьшится на 59 мВ?
Решение:
Стандартный электродный потенциал водорода считается равным нулю. Электродный потенциал, зависящий от концентрации ионов Н+ (или ОН-), т.е. от рН раствора определяется выражением: Е = -0,059рН.

Тогда

E1 = -0,059 . 0,00 = 0,00B

Теперь определим значение электродного потенциала при рН = 7, получим:

E2 = -0,059 . 7 = 0,41B.

Таким образом, произошло уменьшение электродного потенциала при нейтрализации раствора на 0,41В [0 – (-0,41) = 0,41].

Ответ: в).


Задача 669.
Имеется гальванический элемент потенциал. Как изменится его э. д. с., если в раствор, содержащий ионы свинца, добавить сероводород: а) увеличится; б) уменьшится; в) останется неизменной?
Решение:
Свинец имеет меньший потенциал (-0,13В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Pb0 - 2электрон = Pb2+

Серебро, потенциал которой +0,80В, - катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Ag+ + 1электрон = Ag0

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов, и при этом катодное уравнения умножив на 2, получим:

Pb0 + 2Ag+ = Pb2+ + 2Ag0

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вы-честь потенциал анода, т.е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

E1 = E(Ag0) - E(Pb0) = 0,80 - (-0,13) = 0,93B.

Если в раствор, содержащий ионы свинца добавить раствор H2S, т.е. дополнительно в систему будет введены ионы водорода Н+, то тогда выражение для определения потенциала свинцового электрода будет иметь вид

потенциал

Таким образом, численное значение члена потенциал станет больше, чем 0,059lg[Zn2+]/2 и тогда потенциал свинцового электрода станет ещё более электроотрицательней, чем был до добавления H2S. ЭДС гальванического элемента соответственно увеличится с увеличением электроотрицательности анода.

Ответ: а).


Задача 670.
Каким из предлагаемых способов можно увеличить э.д.с. гальванического элемента:  потенциал
а) уменьшить концентрацию НСI у катода; б) уменьшить концентрацию НСI у анода; в) увеличить концентрацию НСI у катода; г) увеличить концентрацию НСI у анода?
Решение:
Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т.е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = E(катод) - Е(анод)

Электронные потенциалы рассчитываются по уравнению Нернста:

уравнение Нернста, Nernst, nernst

Е0 – стандартный электродный потенциал электрода; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов электрода в растворе.

Чем меньше численное значение логарифма, тем больше получается значение члена   потенциал. Поэтому при уменьшении концентрации C2 у анода значения электродного потенциала анода соответственно, станет более электроотрицательней, что приведёт к увеличению значения ЭДС гальванического элемента. При увеличении концентрации C1, соответственно, уменьшится численное значение члена   потенциал, т.е. катод станет менее электроотрицательней, чем был до того, и ЭДС гальванического элемента увеличится (так как увеличится разность между катодом и анодом [E(катод) - Е(анод)].

Ответ: б); в).


Задача 671.
Гальванический элемент составлен из двух водородных электродов, из которых один стандартный. В какой из перечисленных растворов следует погрузить другой электрод для получения наибольшей э. д. с.:
а) 0,1 М НСl; 6) 0,1 М СН3СООН; в) 0,1 М Н3PO4?
Решение:
Стандартный электродный потенциал водорода принят равным 0,00В. Так как значение стандартного водородного электрода будет иметь более положительное число, чем потенциал водородного электрода 0,1М растворах кислот, то он будет являться катодом, а кислотные электроды – анодами. 

Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, т. е. при вычислении ЭДС элемента меньший электродный потенциал вычитается из большего (в алгебраическом смысле), получим:

ЭДС = E(катод) - Е(анод)

Электронные потенциалы рассчитываются по уравнению Нернста:

уравнение Нернста, Nernst, nernst

Е0 – стандартный электродный потенциал электрода; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов электрода в растворе.

Чем меньше численное значение логарифма, тем больше получается значение члена   потенциал. Так как СН3СООН является более слабым электролитом, нежели HCl и Н3РО4, то при равных концентрациях  раствор в нём будет содержать меньше число ионов водорода (с будет иметь меньшее численное значение). Член потенциал, следовательно, будет иметь большее численное значение, т.е. анод  в растворе СН3СООН будет более электро-отрицательный, чем в растворах HCl и Н3РО4, потому что увеличится разница между значениями потенциалов катода и анода [E(катод) - Е(анод)], ЭДС гальванического элемента увеличится.