Задание № 84

Составьте схему гальванического элемента из стандартного свинцового электрода и водородного в электролите с рН = 4. Запишите уравнения анодно – катодных процессов и суммарное уравнение токообразующей реакции. Рассчитайте ε, А^l_м, ΔG и К_р. Как изменятся процессы, если оба электрода будут стандартными?

Решение

Схема гальванического элемента:

Pb | Pb²⁺|| 2H⁺| H₂, Pt

Кстати, схема водородного электрода приведена неверно. Я не делал такого замечания ранее? Тогда поправьте, это не сложно.

Для определения анода и катода рассчитаем φ^р электродов, где численные значения равновесных электронных потенциалов зависят от природы электродов, концентрации и рассчитываются по уравнению Нернста:

φ^р(Meⁿ⁺/Me) = φ⁰(Meⁿ⁺/Me) + (0,059/2)lgC(Meⁿ⁺)

φ^р(2Н⁺/Н₂) = φ⁰(2Н⁺/Н₂) + (0,059/2)lgC²_H⁺= φ⁰(2Н⁺/Н₂) + 0,059lgC_H⁺

В нашем случае:

φ^р(Pb²⁺/Pb) = φ⁰(Pb²⁺/Pb) + 0 = - 0,126 В

φ^р(2Н⁺/Н₂) = φ⁰(2Н⁺/Н₂) + (0,059/2)lgC²_H⁺= φ⁰(2Н⁺/Н₂) + 0,059lgC_H⁺= φ⁰(2Н⁺/Н₂) + 0,059(-pH)= 0 - 0,059*рН = - 0,059*4 = - 0,236

φ^р(2Н⁺/Н₂) < φ^р(Pb²⁺/Pb), следовательно, свинцовый электрод будет катодом, а водородный – анодом.

Уравнения катодно – анодных процессов имеют вид:

А: Н₂ – 2е = 2 Н⁺ φ_а = - 0,236 В

К: Pb²⁺ + 2е = Pb⁰ φ_к= - 0,126 В

Суммарное уравнение токообразующей реакции:

Н₂ + Pb²⁺ = Pb + 2H⁺

ЭДС гальванического элемента:

ε = φ_к- φ_а = - 0,126 + 0,236 = 0,110 В

Полезная работа гальванического элемента:

А^l_м = nFε = 2*96500*0,110= 21,23 кДж

Изменение свободной энергии Гиббса электрохимической реакции:

ΔG = -nFε = -21,23 кДж

Константу равновесия К_р находим из уравнения:

nε 2 * 0,110

lg K_p = —— = ——— = 3,72

0,059 0,059

K_p = 5,2481* 10³

Если оба электрода будут стандартными, то

φ^р(2Н⁺/Н₂) = φ⁰(2Н⁺/Н₂) = 0

φ^р(2Н⁺/Н₂) > φ^р(Pb²⁺/Pb), следовательно, свинцовый электрод будет анодом, а водородный – катодом.

А: Pb⁰ – 2е = Pb²⁺φ_а = - 0,126 В

К: 2 Н⁺ + 2е = Н₂ φ_к= 0

Суммарное уравнение токообразующей реакции:

2H⁺+ Pb = Н₂ + Pb²⁺

Ответ: ε = φ_к- φ_а = 0,110 В; А^l_м = 21,23 кДж; ΔG = -21,23 кДж; K_p = 5,2481* 10³

Задание №101

Составьте схему электролиза 1 М раствора CuCl₂ на графитовых электродах, уравнения электродных реакций и суммарное уравнение электролиза. Рассчитайте, как увеличилась масса катода, если на аноде выделилось 5,6 л газа (B_r = 100%). Определите количество прошедшего электричества и массу разложившейся соли.

Решение