Гальванические элементы (задача №1) Пример решения №1

Напишите токообразующие реакции и общую суммарную реакцию, рассчитайте рН водного раствора хлороводородной кислоты, если ЭДС гальванического элемента:

Pt | H₂ (101,3 кПа) | HCl || KCl | AgCl_(т), Ag

При 298 К равна 0,3224 В. Потенциал хлорсеребряного электрода равен 0,2224 В.

Решение:

1. Токообразующие реакции:

на правом (хлорсеребряном) электроде AgCl + ē → Ag + Cl^-

на левом (водородном) электроде ½ Н₂ – ē → Н⁺

Суммарная реакция: AgCl + ½ H₂ ↔ Ag + HCl

2. ЭДС гальванического элемента равна разности потенциалов правого и левого электродов:

Е=φ_прав. – φ_лев.

φ_прав.(хсэ)=0,2224 В

φ_лев.= = -0,059pH

Тогда Е = 0,2224 – (-0,059рН)

Е = 0,3224 = 0,2224 + 0,059рН

Ответ: рН = 1,659.

Пример решения №2

ЭДС элемента

Pt, Н₂(Р=101,ЗкПа) | NaOH || НСl (а_н+ = 0,09) | (р = 101,ЗкПа), Pt

равна 0,6 В при Т = 298 К. Напишите токообразующие и суммарную реакции. Определите рН раствора гидроксида натрия, считая, что диффузионный потенциал устранен.

Решение:

Концентрационный гальванический элемент

Анод:Н₂ - 2ē → 2Н⁺

Катод: 2Н⁺ + 2 → Н₂

Н₂+2Н⁺ ↔ 2Н⁺ +Н₂

Е=φ_к – φ_а

φ_к = , φ_к = -0,059pH

φ_к =

E =

pH = -lg a_H+ = lg (10^-11,21) = 11,21

Ответ: рН = 11,21.

Пример решения №3

Вычислить ЭДС следующего элемента при 298 К:

Zn| ZnCl || CdCl₂ | Cd

С₁=0,005 M C₂=2M

Стандартные электронные пoтeнциaлы Cd²⁺|Cd и Zn²⁺|Zn

Соответственно равны -0,402 и -0,763 В. Средние коэффициенты активности CdCl₂ и ZnCl в растворах указанных концентрацией равны 0,044 и 0,789.

Возможно ли за счет изменения концентрацией ионов кадмия и цинка в растворах изменить направление тока в элементе?

Решение:

Имеем электрохимический элемент, составленный из двух разных электродов первого рода: цинкового (-) и кадмиевого (+). На электродах протекают реакции:

(-)Zn = Zn²⁺ + 2e^-

(+) Cd²⁺ + 2e^- = Cd

Суммарная реакция, протекающая при работе электрохимического элемента, имеет вид:

Zn + Cd²⁺ = Zn²⁺ + Cd

Значения потенциалов каждого электрода равны:

Значение ЭДС элемента равно:

Подставим числовые значения, учитывая, что

Ответ: Е = 0,38466 В

Гальванические элементы (задача №2)

Для приведенной в таблице схемы гальванического элемента:

1) Запишите электродные и токообразующую реакции. Рассчитайте величину стандартной ЭДС (Е°) по значениям и взятых для соответствующих веществ в справочнике и сравните полученный результат с вычисленным по табличным значениям стандартных электродных потенциалов.

2) Вычислите константу химического равновесия токообразующей реакции для Т=298 К. Будет ли эта реакция протекать в данном гальваническом элементе для стандартных условий самопроизвольно?

3) Используя значения активности электролитов, рассчитайте величину электродвижущей силы элемента при температуре Т, К на основании величины приняв, что в узком интервале температур зависимость Е =f(Т) линейная.

4) Вычислить токообразующей реакции при температуре Т, К.

5) Рассчитайте токообразующей реакции при температуре Т, К.

6) Вычислите тепловой эффект реакции при Т, К.

7) Сделайте вывод с нагреванием или охлаждением работает данный элемент?

№ варианта	Гальванический элемент	p·104, В/К	Природа электролита	Величина активности электролита	Т, К
1.	Pb, PbI2 |HI|AgI, Ag | Pb	1,380	HI	0,05	308
2.	Pb, PbCl2 |KCl| Hg2Cl2, Hg| Pb	1,454	KCl	0,10	318
3.	Hg, Hg2Cl2 |KCl| |KOH| HgO, Hg	8,372	KCl; KOH	0,50	308
4.	Ag, AgCl |CdCl2| Cd | Ag	-0,650	CdCl2	0,10	318
5.	Hg, Hg2Cl2|KCl| AgCl, Ag|Hg	3,384	KCl	0,10	323
6.	Zn|ZnSO4| |CdSO4|Cd|Zn	1,018	ZnSO4; CdSO4	0,01	318
7.	Hg, Hg2Cl2|KCl| |KBr| Hg2Br2, Hg	1,017	KCl; KBr	0,50	308
8.	Tl, TlCl|KCl| AgCl, Ag|Tl	1,028	KCl	0,20	300
9.	Zn|ZnCl2| AgCl,Ag|Zn	-4,020	ZnCl2	0,10	313
10.	Cd|CdSO4|Hg2SO4,Hg| Cd	-0,406	CdSO4	0,10	308
11.	Cu|CuSO4| |ZnSO4|Zn|Cu	-0,830	CuSO4; ZnSO4	0,15	308
12.	Pt, H2|HCl|AgCl, Ag|Pt	-6,600	HCl	0,25	313
13.	Cd| CdCl2|AgCl,Ag| Cd	6,500	CdCl2	0,50	318
14.	Cd|CdCl2|PbCl2, Pb|Cd	-4,800	CdCl2	0,25	308
15.	Hg,Hg2Cl2|ZnCl2|Zn|Hg	0,940	ZnCl2	0,25	313
16.	Cu|CuCl2| |KOH| PbO, Pb|Cu	3,850	CuCl2; KOH	0,25	318
17.	Pt, H2|HBr| AgBr, Ag|Pt	-4,990	HBr	0,10	323
18.	Hg, Hg2SO4|H2SO4|H2,Pt|Hg	-8,020	H2SO4	0,10	308
19.	Hg, HgO|KOH| |KCl|Hg2Cl2, Hg	-8,372	KOH; KCl	0,25	313
20.	Ag, AgCl|KCl|Hg2Cl2, Hg|Ag	-3,284	KCl	0,01	323
21.	Hg, Hg2Br2|KBr| |KCl|Hg2Cl2,Hg	-1,017	KBr; KCl	0,01	318
22.	Zn|ZnSO4| |CuSO4|Cu|Zn	0,830	ZnSO4; CuSO4	0,50	308
23.	Zn|ZnCl2|Hg2Cl2, Hg|Zn	-0,940	ZnCl2	0,50	313
24.	Pb, PbO|KOH| |CuCl2|Cu|Pb	-3,850	KOH; CuCl2	0,10	318
25.	Pt, H2|H2SO4|Hg2SO4, Hg|Pt	8,020	H2SO4	0,20	323