Решение задач на расчет ЭДС гальванического элемента и рН раствора

 

Определение ЭДС магний-алюминиевого гальванического элемента

 

Задача 147.
Рассчитайте ЭДС гальванического элемента Mg|Mg(NO₃)₂||Al(SO₄)₃|Al, если концентрация ионов магния и алюминия в растворах равны 0,01 моль/л и 0,001 моль/л соответственно.
Решение:
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⁺

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

2Al³⁺ + 3Mg⁰ = 2Al⁰ + 3Mg²⁺

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; C – концентрация ионов металла в растворе.

Тогда

Е(Al) = -1,66 + (0,059/3)lg0,001 = -1,72 B.
Е(Mg) = -2,38 + (0,059/2)lg0,01 = -2,41 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 = -1,72 - (-2,41) = +0,69 B.

Ответ: +0,69 B. 
 

---

Определение pH исследуемого раствора, зная ЭДС гальванического элемента

 

Задача 148.
ЭДС гальванического элемента, составленного из водородного электрода, погружённого в исследуемый раствор, и электрода, имеющего потенциал Е = +0,337В, равна 0,54В. Определить pH исследуемого раствора. Ответы: 1) 3,5, 2) 7,00, 3) 3,44.
Решение:
Электродный потенциал водородного электрода, погруженного в исследуемый раствор, вычисляется из уравнения:

Е = -0,059pH.

Эная ЭДС гальванического элемента и электродный потенциал катода можно рассчитать электродный потенциал анода, получим:

ЭДС = E_(катод) - Е_(анод);
Е_(анод) - ЭДС = 0,337 - 0,54 = -0.203B.

Теперь рассчитаем рН раствора, в который погружён анод, получим:

E = -0,059pH; pH = E(анод)/(-0,059) = -0.203/-0,059 = 3,44.

Ответ: 3); рН = 3,44.
 

---

Продукты коррозии железа покрыто висмутом

Задача 149.
Изделие из железа покрыто висмутом. Какой из металлов будет разрушаться при нарушении целостности покрытия? Напишите уравнения реакций происходящих процессов на катоде и аноде. Укажите продукты коррозии.
Решение:
Стандартные электродные потенциалы железа и висмута равны соответственно -0,44 В и +0,215 В.  Окисляться, т.е. подвергаться коррозии, будет железо.
Железо имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В), чем висмут (+0,215 В), поэтому оно является анодом, висмут – катодом.
а) Коррозия пары металлов Fe/Bi в атмосфере влажного газа

Анод:          Fe – 2  = Fe²⁺ 
Катод:         1/2O₂ + H₂O + 2 = 2ОН^–

Схема коррозии:

Fe + 1/2O₂ + H₂O = Fe(OH)₂

Так как ионы Fe²⁺ с гидроксид-ионами ОН^– образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Fe(OH)₂:

Fе²⁺  + 2OH^– = Fe(OH)₂.

Воздух окисляет его и образуется ржавчина, гидратированный оксид железа(III):

2Fе(ОН)_2(тв.) +  1/2О_2(г.) + Н₂О_(ж.)  = Fе₂О3 ^. хН₂О _(тв.).

Таким образом, продуктом коррозии пары металлов Fe/Bi в атмосфере влажного газа является ржавчина Fе₂О3 ^. хН₂О.

---