Примеры решения задач

Пример 1.

Вычислить электродный потенциал медного электрода в растворе, содержащем 1,6 г CuSO₄ в 200 мл раствора при 298 К. Кажущаяся степень диссоциации соли в растворе равна 0,4.

Решение:

Находим молярную концентрация CuSO₄.

с(CuSO₄) = ν(CuSO₄) / V_р-ра = m(CuSO₄) / M(CuSO₄)∙V_р-ра = = 1,6г / 160г/моль∙0,2л = 0,05моль/л.

Концентрация потенциалопределяющих ионов Cu²⁺ будет равна:

c(Сu²⁺) = α∙ с(CuSO₄) =0,4∙0,05моль/л = 0,02моль/л.

Из справочника находим значение стандартного электродного потенциала: Е⁰(Cu²⁺/Cu) = 0,34В. По уравнению Нернста рассчитываем электродный потенциал:

Е(Cu²⁺/Cu) =0,34В + 2,3∙8,31(Дж/мольК)∙298К∙lg0,02моль/л / 2∙96500Кл/моль = 0,37 В.

Ответ: 0,37 В.

Пример 2.

Вычислить ЭДС медно-цинкового элемента при 298К, в котором концентрация ионов меди 0,0002 моль/л, а ионов цинка – 0,5 моль/л, _Cu²⁺ = 1, _Zn²⁺ = 0,4.

Решение:

Вычисляем ЭДС

, где а_i  С_i∙_i.

Значения стандартных электродных потенциалов находим в справочнике: Е⁰(Cu²⁺/Cu) = 0,34В; Е⁰(Zn²⁺/Zn) = -0,76В, отсюда:

Ответ: 1,01В.

Пример 3.

При 298К ЭДС гальванического элемента, составленного из нормального водородного электрода и хингидронного электрода, приготовленного на основе исследуемого раствора, равна 0,2864В. Вычислить рН исследуемого раствора.

Решение:

По уравнению (1.28) для Т = 298 К имеем:

рН = (Е⁰_х.г – Е_х.г) / 0,059 = (0,6994В – 0,2864В) / 0,059 = 7.

Значение Е⁰_х.г. = 0,6994 В взято из справочника.

Ответ: 7.

Задачи для самостоятельного решения

1. Составьте схему гальванического элемента, составленного из медного и цинкового электродов, погруженных в 0,01М растворы солей этих металлов. Рассчитайте ЭДС этого элемента. Напишите уравнения электродных процессов. Изменится ли ЭДС, если взять 0,0001М растворы солей? Значение Е⁰(Cu²⁺/Cu) = 0,34В; Е⁰(Zn²⁺/Zn) = -0,76В.

2. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, состоящего из железного электрода (Е⁰Fe²⁺/Fe=-0,44В) и серебряного электрода (Е⁰Ag⁺/Ag=0,8В), если а(Fe²⁺)=0,01 моль/л, а(Ag⁺) = 0,01 моль/л. Приведите схему гальванической пары.

3. Стеклянный электрод, соединенный в гальваническую цепь с электродом сравнения при Т = 298К, сначала погрузили в раствор с рН = 3,5, а затем – в исследуемую пробу молока. При этом ЭДС цепи возросла на 0,15В. рН молока в норме находится в пределах 6,6-6,9. Оцените результат исследования молока, если учесть, что измерительный электрод заряжается отрицательно относительно электрода сравнения.

4. Определите рН крови, если ЭДС цепи, состоящей из водородного и нормального водородного электродов равна 0,412В при температуре 20⁰С. Каково состояние КОС.

5. Для определения рН желчи была составлена гальваническая цепь из водородного и хлорсеребряного электродов. Измеренная при Т=298К ЭДС составила 0,577В, Е⁰_хс = 0,238В. Вычислите рН желчи и приведите схему гальванической цепи.

6. Для измерения рН сока поджелудочной железы была составлена гальваническая цепь из водородного и хлоридсеребрянного электродов. Измеренная при 30⁰С ЭДС составила 698мВ, Е⁰_хс = 0,238В. Вычислите рН сока поджелудочной железы и приведите схему гальванической цепи.

7. Для измерения рН слезной жидкости составили гальваническую цепь из водородного и хлорсеребрянного электродов, ЭДС которой оказалась равной 0,764В при Т=298К. Концентрация электролита в электроде сравнения равна 0,1моль/л. Определите рН и концентрацию ионов водорода в слезной жидкости. Е⁰_хс.=0,268 В.

8. При измерении рН сока поджелудочной железы была составлена гальваническая цепь из водородного и хлорсеребрянного (насыщенного) электродов. Измеренная при 30⁰С ЭДС составила 707мВ. Вычислите рН сока поджелудочной железы и приведите схему гальванической цепи. Е⁰_хс. = 0,241 В.

9. Вычислите напряжение гальванического элемента

Ag │AgNO₃ ││NiSO₄ │Ni (Ag)

с концентрациями нитрата серебра и сульфата никеля равными 0,005 и 0,05 моль/л, соответственно. Определите, верно ли записана гальваническая цепь. Значения стандартных потенциалов Е⁰Ag⁺/Ag=0,8В; Е⁰Ni²⁺/Ni=-0,23В.

10. Вычислите напряжение гальванической цепи (Т=298К)

Ag │AgNO_{3 (с=0,02М)}││CdCl_{2 (с=0,005M)}│Cd (Ag)

Определить, верно ли записана гальваническая цепь. Степень диссоциации солей принять равной 1, а Е⁰(Ag⁺/Ag) = 0,799В; Е⁰(Cd²⁺/Cd) = -0.403В

11. Вычислить ЭДС цепи при 298 К, состоящей из водородного и хлоридсеребрянного электродов, опущенных в буферный раствор, содержащий по 0,3 г уксусной кислоты и 0,3 г ацетата натрия в 0,5 л, если Е⁰_хс = 0,238 В.

12. Рассчитайте потенциал водородного электрода при Т=298К в буферном растворе, приготовленном из 500 мл 0,1М раствора Na₂HPO₄ и 100 мл 0,5М раствора NaH₂PO₄, если рК(H₂PO₄^-)=7,2.

13. Рассчитайте активность ионов водорода в растворе, если ЭДС гальванического элемента, состоящего из стандартного водородного и водородного электродов, равна 0,116В при Т=298К.

14. Элемент состоит из двух водородных электродов. Один электрод опущен в раствор с рН = 3, а другой находится в растворе с рН = 1. Рассчитайте ЭДС при 25⁰С.

15. Элемент состоит из водородного электрода, опущенного в желудочный сок с неизвестным значением рН и хлорсеребрянного электрода с насыщенным раствором КСl (Е⁰_хс= 250,3 мВ). Определите рН желудочного сока, если ЭДС элемента при 18⁰С составляет 0,33В.

16. Вычислить активность ионов водорода в растворе, в котором потенциал водородного электрода равен -82мВ. Т= 298К.

17. Потенциал медного электрода, помещенного в раствор его соли, составил 0,32В, Т=298К. Вычислите активность ионов Cu²⁺.

18. Определите величину потенциала серебряного электрода в 0,1М растворе AgNO₃, если γ(Ag⁺) = 0,734, Т=298К

19. Рассчитайте, чему равен потенциал цинкового электрода, опущенного в раствор с концентрацией ZnSO₄, равной 0,001М, Т=298К, Е⁰(Zn²⁺/Zn) = -0,763В.

20. Фермент лактатдегидрогеназа (ЛДГ) катализирует реакцию: Пируват + НАД(Н) + Н⁺ +2е = лактат + НАД⁺. Рассчитайте константу равновесия этой реакции (Т=298К), если Е⁰(пир→лак) = -0,19 В; Е⁰(НАД⁺→ НАД) = -0,32 В.