Т е м а: Электродные потенциалы и электродвижущие силы Примеры решения задач

Задача 1. ЭДС гальванического элемента

Zn | ZnSO₄ (0,1 M) || KCl_нас, Hg₂Cl₂ | Hg

при 25 С равна 1,03 В. Напишите уравнения электродных реакций и суммарную реакцию, протекающую в элементе. Определите электродный потенциал цинкового электрода в этом растворе и сравните его с теоретически рассчитанным по формуле Нернста.

Решение

Приведем справочные значения стандартных электродных потенциалов:, в каломельном электроде для насыщенного раствора КСl . Так как стандартный потенциал цинкового электрода имеет меньшее значение по сравнению со стандартным потенциалом каломельного электрода, на цинковом электроде протекает реакция окисления:

Zn – 2ē = Zn²⁺,

а на каломельном — реакция восстановления:

Hg₂Cl₂ + 2ē = 2Hg + 2Cl^–.

Суммарное уравнение реакции имеет вид

Zn + Hg₂Cl₂ = Zn²⁺ + 2Hg + 2Cl^–.

ЭДС цепи равна разности потенциалов положительного и отрицательного электродов: . Отсюда выразим потенциал цинкового электрода и рассчитаем его значение:

.

Теоретическое значение электродного потенциала вычислим по формуле Нернста:

Задача 2. ЭДС хингидронно – каломельного гальванического элемента при 25 С равна 0,094 В. Хингидронный электрод опущен в фосфатную буферную смесь. Определите рН и концентрацию ионов водорода буферной смеси, если стандартный электродный потенциал хингидронного электрода равен 0,699 В, а потенциал насыщенного каломельного электрода равен 0,24 В.

Решение

Сравним стандартные электродные потенциалы хингидронного и каломельного электродов. Поскольку стандартный потенциал хингидронного электрода более положительный, в схеме гальванического элемента запишем его справа: Hg | Hg₂Cl₂ , KCl_нас || H⁺, хг | Рt.

В данной цепи на хингидронном электроде протекает процесс восстановления: С₆Н₄О₂ + 2Н⁺ + 2ē = С₆Н₄(ОН)₂,

хинон гидрохинон

а на каломельном электроде  процесс окисления: 2Hg + 2Cl^– – 2ē = Hg₂Cl₂. ЭДС цепи равна разности потенциалов:

Потенциал хингидронного электрода зависит от активности ионов водорода () в растворе: , где  стандартный электродный потенциал.

Для разбавленных растворов , следовательно

,

где  молярная концентрация ионов водорода.

Таким образом, выражение для расчета ЭДС примет вид:

,

Рассчитаем концентрацию ионов водорода:

,

= 10^‑6,186 = 10^‑710^0,814 = 6,510^–7 моль/л,

Задача 3. Может ли работать гальванический элемент за счет протекания реакции: Fe²⁺ + Co³⁺ = Fe³⁺ + Co²⁺?

Составьте схему и рассчитайте стандартное значение ЭДС этого элемента.

Решение

Сравним справочные значения стандартных окислительно-восстановительных электродных потенциалов:

Так как , окисленная форма второго электрода (Со³⁺) будет служить окислителем для восстановленной формы первого электрода (Fe²⁺), т. е. при составлении гальванической цепи из данных электродов будет осуществляться следующая реакция: Fe²⁺ + Co³⁺ = Fe³⁺ + Co²⁺ .

Электрод, стандартный окислительно-восстановительный потенциал которого имеет большее значение, располагаем справа. Таким образом схема гальванического элемента имеет вид:

Рt | Fe³⁺, Fe²⁺ || Co³⁺, Co²⁺ | Рt

Стандартное значение ЭДС рассчитываем по формуле

.