Концентраційний гальванічний елемент
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Концентраційний гальванічний елемент - це елемент, в якому обидва електроди виконані з одного металу, і різниця потенціалів утворюється за рахунок того, що ці електроди опущені в розчини своїх солей з різною концентрацією.
На електроді, опущеному в розчин солі з меншою концентрацією потенциалопределяющих іонів, виникає більш негативний потенціал, і цей електрод буде анодом. На електроді, опущеному в розчин з більшою концентрацією солі, виникає більш позитивний потенціал; цей електрод буде катодом.
Приклади і рішення задач
Розрахуйте ЕРС цинково - мідного гальванічного елемента з концентрацією потенціал визначають іонів цинку 1 моль / л і іонів міді 0,01 моль / л. Напишіть рівняння реакцій, що протікають на електродах і сумарну токообразующую реакцію. Складіть схему роботи даного гальванічного елемента.
Так як концентрація іонів міді відрізняється від стандартного значення концентрації, рівного 1 моль / л, то рівноважний потенціал мідного електрода розраховуємо за рівнянням Нернста.
Рівноважний потенціал цинкового електрода буде дорівнює його стандартному значенню (-0,76В), так як концентрація іонів цинку в розчині дорівнює 1 моль / л.
Анодом в даному гальванічному елементі буде цинк, так як його потенціал більш негативний, ніж потенціал мідного електрода. Тоді електрорушійна сила гальванічного елемента за рівнянням (7) буде дорівнює різниці потенціалів мідного і цинкового електродів.
На аноді гальванічного елемента протікає реакція окислення цинку:
на катоді йде реакція відновлення іонів міді:
Сумарна токообразующая реакція виходить алгебраїчним складанням електродних реакцій
Схема гальванічного елемента:
A (-) Zn | Zn 2+ || Cu 2+ | Cu (+) K
Напишіть рівняння реакції, що протікає на водневому електроді нікелевого - водневого гальванічного елемента при стандартних умовах.
З таблиці стандартних потенціалів запишемо стандартні потенціали електродів. Стандартний потенціал водневого електрода дорівнює (+ 0,00В), а стандартний потенціал нікелевого електрода дорівнює (-0,25В). Так як потенціал нікелевого електрода більш негативний, то він буде анодом, а водневий електрод - катодом. Тому запишемо для водневого електрода реакцію відновлення:
Розрахуйте ЕРС мідного концентраційного гальванічного елемента при концентрації потенциалопределяющих іонів 0,01 моль / л і 1 моль / л. Напишіть рівняння реакцій, що протікають на електродах і сумарну реакцію, складіть схему елемента.
Щоб визначити анод і катод в концентраційному гальванічному елементі, треба розрахувати рівноважні потенціали його електродів. Значення потенціалу електрода з концентрацією іонів міді 1 моль / л можна взяти з таблиці. Для концентрації 0,01 моль / л необхідно розрахувати рівноважний потенціал електрода за рівнянням Нернста (4):
Порівнюючи ці два потенціалу, бачимо, що електрод з концентрацією потенциалопределяющих іонів 0,01 моль / л має більш негативний потенціал (0,27В). Цей електрод буде анодом, а другий електрод-катодом.
Розрахуємо ЕРС за рівнянням (6)
Запишемо рівняння електродних реакцій і сумарну токообразующую реакцію:
Схема мідного концентраційного елемента
A (-) Cu | Cu 2+ || Cu 2+ | Cu (+) K
aCu 2 + = 10 -2 моль / л Anion n - aCu 2 + = 1моль / л
При якій активності іонів рівноважний потенціал залізного електрода при 298 К дорівнюватиме стандартному потенціалу цинкового електрода.
Залежність електродного потенціалу від концентрації виражається рівнянням Нернста:
Для залізного електрода це рівняння матиме вигляд:
За умовою завдання:
Стандартні потенціали цинку (-0,76В) і заліза (- 0,44В) взяті з таблиці стандартних потенціалів. Тоді можна записати:
Розрахуйте потенціал кисневого електрода зі стандартним тиском кисню і рН4.
Рівноважний потенціал кисневого електрода за рівнянням (6) дорівнює:
Підставляючи в рівняння дані з умови задачі, отримуємо:
141 *. На скільки зміниться потенціал цинкового електрода, якщо розчин цинку, в який він занурений, розбавити в 10 разів?
Таблиця 6. Стандартні потенціалинекоторих
металевих і газових електродів (Т = 298 К)
142 *. Обчисліть потенціал водневого електрода, якщо [H +] =
143 *. Потенціал водневого електрода дорівнює 0,145 В. Визначте pH розчину.
144 *. Обчисліть, як зміниться електродний потенціал цинку, якщо концентрація розчину сульфату цинку, в який занурена цинкова пластина, зменшиться від 0,1 до 0,01 моль / л.
145 *. Потенціал марганцевого електрода, поміщеного в розчин його солі, склав 1,1 В. Обчисліть концентрацію іонів марганцю Mn2 + (моль / л).
146 *. Обчисліть потенціал залізного електрода, зануреного в розчин, що містить 0,0699 г FeCl2в 0,5 л.
147 *. Розрахуйте електродні потенціали магнію в розчині його солі при концентраціях іона Mg2 + 0,1; 0,01; 0,001 моль / л.
148 *. Обчисліть концентрацію іонів Н + в розчині, в якому потенціал водневого електрода дорівнює 236 мВ.
149 *. Визначте величину електродного потенціалу міді, погру-женной в 0,0005 М розчин Cu (NO3) 2.
150 *. При якій концентрації іонів Сu2 + (моль / л) значення по-потенціалу мідного електрода стає рівним стандартному потенціалу водневого електрода?
151 *. ЕРС гальванічного елемента, утвореного нікелем, зануреним у розчин його солі з концентрацією іонів нікелю 10-4 моль / л, і сріблом, зануреним у розчин його солі, дорівнює 1,108 В. Визначте концентрацію іонів Ag + в розчині його солі.
152 *. Складіть схему роботи гальванічного елемента, образо-ванного залізом і свинцем, зануреними в 0,005 М розчини їх солей. Розрахуйте ЕРС цього елемента.
153 *. Cоставьте схему процесів, що відбуваються при роботі мідно-кадмиевого гальванічного елемента в стандартних умовах, розрахуйте його ЕРС. Що таке концентраційний гальванічний елемент? Наведіть приклад.
154 *. Обчисліть ЕРС срібно-цинкового гальванічного елемента, якщо утворюють його електроди занурені в розчини з концентрацією катіона 0,002 моль / л. Cоставьте схему елемента.
155 *. Розрахуйте ЕРС гальванічного елемента, утвореного магнієм і цинком, зануреними в розчини їх солей з концентраціями іонів [Mg2 +] = 1,8 · 10-5, [Zn2 +] = 2,5 · 10-2 моль / л.
156 *. Складіть схему концентраційного гальванічного елемента: срібний електрод в розчині його солі з [Ag +] = 10-4 моль / л і срібний електрод в розчині з [Ag +] = 10-5 моль / л. Вкажіть, який з електродів буде анодом, який - катодом. Розрахуйте ЕРС елемента.
157 *. Розрахуйте ЕРС гальванічного елемента, що складається з двох мідних пластин, занурених у розчин солі міді з концентрацією у одного з електродів [Cu2 +] = 1,0 моль / л, а в іншого - [Cu2 +] = 10-3 моль / л.
158 *. Гальванічна ланцюг складена з заліза, зануреного в розчин його солі з концентрацією іонів Fe2 +, складає 0,001 моль / л, і міді, зануреної в розчин його солі. Якої концентрації повинен бути розчин міді, щоб ЕРС ланцюга була рівною нулю?
159 *. Складіть схему, напишіть рівняння електродних процесів елемента, що складається з мідної і кадмиевой пластин, занурених у розчин, що містить власні іони з концентрацією [Cd2 +] = [Cu2 +] = 1,0 моль / л. Розрахуйте ЕРС цього елемента.
160 *. Гальванічний елемент складається з нікелю, зануреного в розчин його солі з концентрацією іонів Ni2 +, рівної 10-4 моль / л, і срібла, зануреного в розчин його солі з концентрацією іонів Ag +, рівної 10-2 моль / л. Розрахуйте ЕРС гальванічного елемента.
Приклади розв'язання задач
Електролізом називають процеси, що відбуваються під дією електричного струму, що подається від зовнішнього джерела на електроди, опущені в розплав або розчин електроліту.
На електроді, з'єднаному з позитивним полюсом постійного джерела струму, протікають реакції окислення. Цей електрод є анодом. Розчинні аноди виготовляють з кольорових металів (цинк, мідь, олово і ін.) Нерозчинні аноди - з золота, металів платинової групи, а також з вугілля або графіту.
На електроді, з'єднаному з негативним полюсом постійного джерела струму, відбуваються реакції відновлення, цей електрод буде катодом.
Розглянемо електродні реакції, що відбуваються при електролізі розплаву хлористого натрію на графітових електродах.
При плавленні відбувається термічна дисоціація солі. Іонний склад електроліту буде наступний:
При накладенні на електроди напруги від зовнішнього джерела струму в електроліті почнеться спрямований рух іонів, причому, негативно заряджені іони (аніони) будуть переміщатися до анода, а позитивно заряджені іони (катіони) - до катода.
В даному випадку до анода будуть притягатися аніони хлору, і на
аноді буде йти процес їх окислення:
До катода будуть притягатися катіони натрію, і на ньому піде процес відновлення:
В результаті електролізу розплавів солей можна отримати метали в чистому вигляді.