Составлениеокислительновосстановительных процессов на электродах
Потенциал выделения водорода на платиновом катоде
Задача 428.
Водородное перенапряжение на гладкой платине 0,3 В, потенциал восстановления воды -0,41 В. Потенциал выделения водорода на платиновом катоде при электролизе нейтрального раствора составляет ... В (Ответ: -0,71 В).
Решение:
ηН2(Pt) = 0,3 В;
Е°(Н2О/Н2) = -0,41 В;
EкН2(Pt) = ?
Водородное перенапряжение на гладкой платине равно 0,3 В, а электродный потенциал восстановления воды принят равным -0,41 В, то потенциал катода с учетом водородного перенапряжения определяется по формуле:
EкН2(Pt) = Е°(Н2О/Н2) - ηН2(Pt), где
Е°(Н2О/Н2) - потенциал восстановления воды;
ηН2(Pt) - водородное перенапряжение на электроде.
Тогда
EкН2(Pt) = -0,41 - 0,3 = -0,71 В.
Ответ: EкН2(Pt) = -0,71 В.
Задача 429.
Кислородное перенапряжение на гладкой платине 0,5 В, потенциал окисления воды 1,23 В (рН < 7). Потенциал выделения кислорода на платиновом аноде при электролизе кислого раствора составляет ... В
(Ответ: 1,73 В).
Решение:
ηО2(Pt) = 0,5 В;
Е°(Н2О/О2) = 1,23 В;
EаО2(Pt) = ?
Электродный потенциал окисления воды в нейтральной среде равен 1,23 В, а кислородное перенапряжение на гладкой платине равно 0,5 В, то потенциал выделения кислорода на платиновом аноде определяется по формуле:
EаО2(Pt) = Е°(Н2О/О2) - ηО2(Pt), где
Е°(Н2О/О2) - потенциал восстановления воды;
ηО2(Pt) - кислородное перенапряжение на электроде.
Тогда
EаО2(Pt) = 1,23 + 0,5 = 1,73 В.
Ответ: EаО2(Pt) = 1,73 В.
Составление схемы гальванического элемента
Задача 430.
Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции и рассчитайте ЭДС элемента, один из электродов которого Fe2+/Fe3+, а второй Сг3+/Сг2+ при активностях всех ионов, равных 0,1 моль/л.
Решение:
Стандартный электродный потенциал системы – Е(Fe2+/Fe3+) = +0,77 B; стандартный электродный потенциал системы – E(Сг3+/Сг2+) = -0,41 B. Система Fe2+/Fe3+, потенциал которой (+0,71 В) более электроположительнее, чем системы Сг3+/Сг2+ (-0,41 В) - катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс (присоединение электронов):
Fe3+ + 1e → Fe2+.
Сг3+/Сг2+, имеющий меньший потенциал, является анодом, на котором протекает окислительный процесс (отдача электронов):
Cr2+ - 1e → Cr3+.
Электродные процессы на электродах:
А(-): Cr2+ - 1e → Cr3+
К(+): Fe3+ + 1e → Fe2+
Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов, получим:
Fe3+ + Cr2+ = Fe2+ + Cr3+ (суммарная реакция).
Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:
Е = Е° + (0,059/n)lgC, где
Е° – стандартный электродный потенциал металла (системы); n – число электронов, принимающих участие в процессе; C – концентрация ионов металла (системы) в растворе.
Тогда
Е(Fe2+/Fe3+) = Е°(Fe2+/Fe3+) + (0,059/n)lgC(Fe2+/Fe3+) =
= +0,77 + (0,059/1)lg0,1 = +0,77 - 0,059 = +0,711 В;
Е(Сг3+/Сг2+) = Е°(Сг3+/Сг2+) + (0,059/n)lgC(Сг3+/Сг2+) =
= -0,41 + (0,059/1)lg0,1 = -0,41 + (-0,059) = -0,469 В.
Для определения ЭДС гальванического элемента необходимо из потенциала катода вычесть потенциал анода, получим:
ЭДС = +0,711 - (-0,469) = +1,18 B.
Схема элемента имеет вид:
А(-) Cr2+|Cr3+||Fe2+|Fe3+ (+)К.
Задача 431.
Составьте схему гальванического элемента, состоящего из Cd, опущенного в раствор 10-2 М CdSO4 и Fe, погруженного в 10-3 М раствор Fe2(SO4)3. Определите ЭДС и напишите уравнение реакций, за счет которых возникает разность потенциалов.
Решение:
Стандартный электродный потенциал железа – Е(Fe3+/Fe0) = -0,036 B; стандартный электродный потенциал кадмия – E(Cd2+/Cd0) = -0,4029 B. Железо, потенциал которого (-0,036 B В) более электроположительный, чем у кадмия (-0,4029 В) - катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:
Fe3+ + 3e = Fe0
Кадмий, имеющий меньший потенциал, является анодом, на котором протекает окислительный процесс:
Cd0 - 2e = Cd2+
Электродные процессы на электродах:
А(-): 3|Cd0 - 2e = Cd2+
К(+): 2|Fe3+ + 3e = Fe0
Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов, получим:
2Fe3+ + 3Cd0 = 2Fe0 + 3Cd2+
Для расчета значения потенциалов, используем уравнение Нернста:
Е = Е° + (0,059/n)lgC, где
Е° – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; C – концентрация ионов металла в растворе.
Тогда
Е(Fe) = -0,036 + (0,059/3)lg10-3 = -0,095 B;
Е(Cd) = -0,4029 + (0,059/2)lg10-2 = -0,4619 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 = -0,095 - (-0,4619) = +0,3669 B.
Схема гальванического элемента будет иметь вид:
(-)А Cd|Cd2+(10-2 M)||Fe3+(10-3 M)|Fe К(+).
ЭДС гальванического элемента
Задача 432.
ЭДС гальванического элемента, составленного из кадмиевого электрода и стандартного железного электрода, погруженного в раствор FeSO4, равна нулю [Е°(Cd0/Cd2+) = - 0,40 В, Е°(Fe0/Fe2+) = - 0,44 В]. Следовательно, концентрация ионов кадмия в растворе составляет ... моль/л (ответ записать в формате Х,ХХ).
Решение:
Для решения используем уравнение Нернста.
Тогда
Е(Cd0/Cd2+) = Е°(Cd0/Cd2+) + (0,059/n)lgC(Cd/Cd2+);
0 = -0,40 + (0,059/2)lgC = 0,40 + (0,0295)lgC;
lgc = 0,40/0,0295 = 13,5569;
C = 1,13 моль/л.
Ответ: C(Cd0/Cd2+) = 1,13 моль/л.
Задача 433.
Рассчитайте ЭДС реакций, протекающих в стандартных условиях (см. таблицу стандартных электродных потенциалов окислительно-восстановительных систем). Подберите коэффициенты методом электронно-ионных полуреакций. Укажите в ответе значение стандартной ЭДС (ответ округлите до сотых) и сумму коэффициентов уравнения:
Be + NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] + H2↑.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
Be + NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] + H2↑.
Составляем уравнения ионно-молекулярного баланса, получим:
1|2|2H2O + 2e = H2↑ + 2OH-; E° = -0,828 В;
1|2|Be -2e + 4OH-= [Be(OH)4]2-; E° = -2,52 B.
Ионно-молекулярное уравнение:
Be + 4OH- + 2H2O = [Be(OH)4]2- + H2↑ + 2OH-.
После приведения членов в обеих частях равенства, получим:
Be + 2OH- + 2H2O = [Be(OH)4]2- + H2↑.
Молекулярное уравнение реакции будет иметь вид:
Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2↑.
Для определения ЭДС окислительно-восстановительного процесса необходимо из потенциала процесса восстановления вычесть потенциал процесса окисления, получим:
ЭДС = Е°(ок-ль) - Е°(в-ль) = -0,828 - (-2,52) = +1,69 В.
Ответ: ЭДС = +1,69 В.
