Составление схем гальванических элементов


Задача 4. 
Схема гальванического элемента : Al/Al2(SO4)3//AgNO3/Ag.
Указать анод и катод, написать электродные процессы, суммарное уравнение реакции и рассчитать электродвижущую силу элемента при 298К, если 
[Al3+] = 0,0001 моль/л, [Аg+] = 0,1моль/л.
Решение:
Решение:
Серебро, потенциал которого (+0,80 В) более электроположительный, чем у алюминия (-1,66 В)  - катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Ag+ + 1электрон = Ag0

Алюминий имеет меньший потенциал (-1,66 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Al0 - 3электрон = Al3+

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов, получим:

Al0 + 3Ag+ = 3Ag0 + Al3+

Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:

Е = Е0 + (0,059/n)lgC где

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

Тогда

Е(Ag) = +0,80 + (0,059/1)lg0,1 = +0,74 B;
Е(Al) = -1,66 + (0,059/3)lg0,0001 = -1,74 B.

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 = +0,74 - (-1,74) = +2,48 B.
 


Задача 65. 
Составить схему гальванического элемента, в котором алюминий будет катодом. Написать электродные процессы, суммарное уравнение процесса.
Решение:
Cхема гальванического элемента, в котором алюминий будет катодом может иметь вид:

Mg/Mg2+//Al3+/Al

Или

Mg/MgCl2//AlCl3/Al

Алюминий, потенциал которого (-1,66 В) более электроположительный, чем у магния (-2,38 В)  - катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Al3+ + 3электрон = Al0

Магний имеет меньший потенциал (-2,38 В) является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Mg0 - 2электрон = Mg2+

Cуммарное уравнение процесса:

3Mg0 + 2Al3+ = 3Mg2+ + 2Al0
 


Задача 66. 
Составить схему гальванического элемента, в котором протекает реакция: Ag+ + Cl = AgCl. Рассчитать стандартную ЭДС элемента при 25o C,  дельтаGo и константу равновесия реакции.
Решение.
1. Схема гальванического элемента имеет вид:

Ag|AgCl|Cl||Ag+|Ag

2. Электродные процессы:
Правый электрод: Ag+ +1электрон = Ag;   Eo = +0,799 В;

Левый электрод: AgCl  + 1электрон = Ag+ + Cl ;  Eo = +0,222 В;

Общая реакция: Ag+ + Cl = AgCl;   Eo = +0,557 В.

3. Рассчитаем энергию Гиббса процесса:
Для расчета дельтаGo используем формулу:
 
дельтаGo = -nFEo, где

n - количество электронов, участвующих в процессе, 1 электрон; F - универсальная газовая постоянная, 96485 Кл.моль-1; Eo - окислительно-восстановительный потенциал процесса, +0,557 В.

Тогда

дельтаGo = -nFEo = -(96485 Кл.моль-1) (0,557 В) = -53,742 кДж.  моль-1.    

4. Расчет константы равновесия реакции:

Для расчета используем формулу:

К = expдельтаGo/RT = exp[ -53,742/(8,31 298,15)] = 2,6 . 109