Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составить уравнение электродных процессов и окислительно-восстановительной реакции
Ваш ответ
решение вопроса
Похожие вопросы
- Все категории
- экономические 43,296
- гуманитарные 33,622
- юридические 17,900
- школьный раздел 607,203
- разное 16,830
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Задачи к разделу Электродные процессы, Гальванический элемент
В настоящем разделе представлены типовые задачи на гальванические элементы: Определение ЭДС гальванического элемента, составление схемы гальванического элемента, определение энергии химической реакции в кДж.
Задача 1. Вычислите значение э.д.с. гальванического элемента:
(-) Mg / MgSO4 // CuSO4 / Cu (+)
Напишите процессы на аноде и катоде, реакцию, генерирующую ток, и определите в кДж энергию химической реакции, превращающуюся в электрическую.
Решение.
Дана схема гальванического элемента, из которой видно, что анодом является магний, а катодом — медь
(-) Mg / MgSO4 // CuSO4 / Cu (+)
А: Mg 0 -2e — = Mg 2+
К : Cu 2+ +2e — = Cu
Mg 0 + Cu 2+ = Mg 2+ + Cu
Вычислим ЭДС гальванического элемента:
ЭДС =0,337 + 2,37 = 2,71 В
ΔG 0 298 = -nFE = -2∙96500∙2,71 = — 523030 Дж = — 523 кДж
Задача 2. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, составленного из стандартного водородного электрода и свинцового электрода, погруженного в 0,01 М раствор PbCl2. На каком электроде идёт процесс окисления, а на каком — восстановление?
Решение.
В данной паре потенциал свинца имеет более отрицательное значение, поэтому анодом является свинец:
А: Pb 0 -2e — = Pb 2+
К: 2 H + +2 e — = H 2
Pb 0 + 2H + = Pb 2+ + H2
Определим электродный потенциал свинца:
E = -0,126 + (0,059/2)∙lg0,01 = -0,185 В
Вычислим ЭДС гальванического элемента:
ЭДС = 0 + 0,185 = 0,185 В
Задача 3. По уравнению токообразующей реакции составьте схему гальванического элемента:
Ni + СuSO4 = NiSO4 + Cu Напишите уравнения анодного и катодного процессов. Рассчитайте стандартную ЭДС.
Решение.
Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, найдем E 0 Ni2+/Ni и E 0 Cu2+/Cu
В данной паре потенциал никеля имеет более отрицательное значение, поэтому анодом является никель:
А: Ni 0 -2e — = Ni 2+
К: Cu 2+ +2 e — = Cu 0
Ni 0 + Cu 2+ = Ni 2+ + Cu 0
Ni 0 + CuSO4 = NiSO4 + Cu 0
Составим схему гальванического элемента:
(-) Ni 0 |NiSO4 || CuSO4|Cu 0 (+)
Рассчитаем стандартную ЭДС реакции:
ЭДС = 0,337 – (- 0,250) = 0,587 В
Задача 4. Составьте схему гальванического элемента из магния и свинца, погруженных в растворы их солей с концентрацией ионов:
[Mg 2+ ] = 0,001 моль/л, [Pb 2+ ] = 1 моль/л. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде. Рассчитайте стандартную ЭДС этого элемента.
Решение.
Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, найдем E 0 Mg2+/Mg и E 0 Pb2+/Pb
В данной паре потенциал магния имеет более отрицательное значение и является анодом:
А: Mg 0 -2e — = Mg 2+
К: Pb 2+ +2 e — = Pb 0
Mg 0 + Pb 2+ = Mg 2+ + Pb 0
Составим схему гальванического элемента:
(-) Mg 0 |Mg 2+ || Pb 2+ |Pb 0 (+)
Применяя уравнение Нернста, найдем EPb2+/Pb и EMg2+/Mg заданной концентрации:
Рассчитаем стандартную ЭДС реакции
ЭДС = -0,126 – (-2,46) = 2,334 В
Задача 5. Как изменится (увеличится, уменьшится) или останется постоянной масса пластины из кобальта, погруженной в раствор, содержащий соли Fe (II), Mg, Ag (I). Напишите молекулярные уравнения реакций.
Решение.
Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, найдем E 0 Mg2+/Mg, E 0 Co2+/Co, E 0 Fe2+/Fe, E 0 Ag+/Ag
Протекание реакции возможно при условии, когда E 0 восст 0 ок.
В нашем случае восстановителем является кобальт и условие E 0 восст 0 ок соблюдается только для пары
Co 0 + Ag + = Co 2+ + Ag 0
Молекулярное уравнение, например:
В процессе пластина из кобальта будет растворяться, но одновременно на ее поверхности будет осаждаться серебро.
Из уравнения реакции видно, что при взаимодействии 1 моль кобальта, образуется 2 моль серебра.
Мольная масса кобальта M(Co) = 59 г/моль, мольная масса серебра M(Ag) = 108 г/моль.
Найдем массы металлов:
n = m/M, m = n∙M
m(Ag) = 2∙108 = 216 г.
Таким образом, масса осажденного серебра больше, чем масса растворенного кобальта, т.е. масса пластины из кобальта увеличится.
В случаях, когда пластина опущена в раствор соли железа или соли магния ее масса не изменится, т.к. кобальт не вытесняет эти металлы из их солей. Т.е. реакции не происходит и масса пластины остается неизменной.
Задача 6. Составьте схему гальванического элемента, уравнения полуреакций анодного и катодного процессов, молекулярное уравнение реакции, проходящей при работе гальванического элемента, анодом которого является никель. Подберите материал для катода. Рассчитайте стандартную ЭДС этого гальванического элемента.
Решение.
По условию задачи материал анода известен – никель. Электродный потенциал анода всегда имеет более отрицательное значение, т.е. анод состоит из более активного металла, чем катод.
Поэтому нам надо подобрать такой металл, значение потенциала которого, будет иметь большее значение, чем значение электродного потенциала никеля. Например, медь:
Составим уравнения полуреакций анодного и катодного процессов и молекулярное уравнение реакции, проходящей при работе гальванического элемента.
А: Ni 0 -2e — = Ni 2+
К: Cu 2+ +2 e — = Cu 0
Ni 0 + Cu 2+ = Ni 2+ + Cu 0
Ni 0 + CuSO4 = NiSO4 + Cu 0
Составим схему гальванического элемента:
(-) Ni 0 |NiSO4 || CuSO4|Cu 0 (+)
Рассчитаем стандартную ЭДС реакции
Как рассчитать ЭДС гальванического элемента
Решение задач на составление схемы гальванического элемента
Задание 251.
При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001 М растворе, а другой такой же электрод — в 0,01 М растворе сульфата никеля. Ответ: 0,0295 В.
Решение:
Гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла будет работать при условии, что электроды будут опущены в растворы солей с разной концентрацией. Схема гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001М растворе, а другой – в 0,01М растворе сульфата никеля имеет вид:
Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:
Е 0 – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность).
Определим электродные потенциалы никелевых электродов при разных концентрациях ионов серебра Ni 2+ , получим:
Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода, получим:
Ответ: 0,0295 В.
Задание 252.
Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Рb 2+ ] = [Мg 2+ ] = 0,01 моль/л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ: 2,244 В.
Решение:
Схема гальванического элемента
Вертикальная линейка обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линейки — границу раздела двух жидких фаз — пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал (—2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:
Мg 0 — 2 
= Mg 2+ (1)
Свинец, потенциал которой -0,127 В — катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:
Pb 2+ + 2 = Pb 0 (2)
Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов:
Mg 0 + Pb 2+ = Mg 2+ + Pb 0
Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:
Е 0 – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность). Определим электродные потенциалы кадмия и меди при заданных концентрациях:
Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода, получим:
Если концентрацию каждого из ионов Mg 2+ и Pb 2+ увеличить в одинаковое число раз, то ЭДС гальванического элемента не изменится, так как при этом соответственно будут уменьшаться численные значения потенциалов металлов, а разница между значениями их не изменится. Например, при увеличении концентрации ионов в 100 раз концентрация их примет значения 1 моль/л, а потенциалы электродов станут равными стандартным потенциалам металлов, то ЭДС = -0,127 – (-2,37) = 2,243 В.
Ответ: 2,243 В.
Задание 253.
Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом — анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.
Решение:
а) Схема гальванического элемента, в котором никель является катодом:
Вертикальная линейка обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линейки — границу раздела двух жидких фаз — пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:
Mg 0 — 2 = Mg 2+ (1)
Никель, потенциал которой -0,25 В — катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:
Ni 2+ + 2 = Ni 0 (2)
Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов:
Mg 0 + Ni 2+ = Mg 2+ + Ni 0
б) Схема гальванического элемента, в котором никель является анодом:
Никель имеет меньший потенциал (-0,25 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:
Ni 0 — 2 = Ni 2+ (1)
Медь, потенциал которой (+0,34 В) — катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:
Сu 2+ + 2 = Сu 0 (2)
Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов:
Ni 0 + Cu 2+ = Ni 2+ + Cu 0
Задание 254.
Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.
Решение:
Стандартные электродные потенциалы железа и серебра соответственно равны -0,44 В и +0,80 В. Исходя из того, что железо имеет более электроотрицательный потенциал, чем водород 0,00 В, то между железом и раствором серной кислоты проходит реакция (железо вытесняет водород из кислоты), и железная пластинка при этом будет уменьшаться по массе:
Исходя из того, что серебро имеет более электроположительный потенциал, чем водород, то между серебром и раствором серной кислоты реакция не проходит. Но так как железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты, то между ними будет проходить окислительно-восстановительный процесс, в котором железная пластина будет анодом, а серебряная – катодом.
На аноде протекает процесс:
Fe 0 → Fe 2+ + 2
На катоде серебряной пластинке будут разряжаться ионы водорода:
2Н + + 2 → Н20
(-) Fe | Fe 2+ || 2H + | H2, Ag ( + )
Задание 255.
Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Мg 2+ ] = [Cd 2+ ] = 1 моль/л. Изменится ли значение ЭДС, если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л? Ответ: 1,967 В.
Решение:
Магний имеет меньший потенциал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:
Mg 0 — 2 = Mg 2+ (1)
Кадмий, потенциал которой (-0,403 В) — катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:
Cd 2+ + 2 = Cd 0 (2)
Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:
Е 0 – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность). Определим электродные потенциалы кадмия и меди при заданных концентрациях:
Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода, получим:
Рассчитаем электродные потенциалы магния и кадмия при концентрации их ионов в растворе равной 0,01 моль/л:
Таким образом, ЭДС гальванического элемента при равном уменьшении концентрации ионов металлов в их растворах не изменяется.
http://zadachi-po-khimii.ru/obshaya-himiya/zadachi-k-razdelu-elektrodnye-processy-galvanicheskij-element.html
http://buzani.ru/zadachi/khimiya-shimanovich/940-eds-galvanicheskogo-elementa-zadaniya-21