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⁺ + 1 = Ag⁰

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

Al⁰ - 3 = 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⁺ + 3 = Al⁰

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

Mg⁰ - 2 = 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,  G^o и константу равновесия реакции.
Решение.
1. Схема гальванического элемента имеет вид:

Ag|AgCl|Cl^–||Ag⁺|Ag

2. Электродные процессы:
Правый электрод: Ag⁺ +1 = Ag;   E^o = +0,799 В;

Левый электрод: AgCl  + 1 = Ag⁺ + Cl^– ;  E^o = +0,222 В;

Общая реакция: Ag⁺ + Cl^– = AgCl;   E^o = +0,557 В.

3. Рассчитаем энергию Гиббса процесса:
Для расчета G^o используем формулу:
 
G^o = -nFE^o, 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

G^o = -nFE^o = -(96485 Кл.моль-1) ^. (0,557 В) =
= -53,742 кДж.  моль-1.    

4. Расчет константы равновесия реакции:

Для расчета используем формулу:

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

---