На головну

Електроднихпотенціалів І електрорушійної сили

  1.  Дифузійний і мембранний потенціали
  2.  надлишкові потенціали
  3.  Основи теорії електрокапілярних явищ. Потенціали нульового заряду і нульові точки металів
  4.  По осі ординат значення потенціали.
  5.  потенціали дії
  6.  Потенціали, пов'язані з виконанням рухів
  7.  Сили і потенціали різних систем

При вирішенні завдань цього розділу див. Табл. 7 додатка. Якщо металеву пластинку опустити в воду, то катіони металу на її поверхні гидратируются полярними молекулами води і переходять в рідину. При цьому електрони, в надлишку залишаються в металі, заряджають його поверхневий шар негативно. Виникає електростатичне тяжіння між перейшли в рідину гідратованими катіонами і поверхнею металу. В результаті цього в системі встановлюється динамічна рівновага:

Me + mH2O «Me (H2O)m n + + ne

в розчині на металі,

де n- число електронів, які беруть участь в процесі. На кордоні метал - рідина виникає подвійний електричний шар, який характеризується певним стрибком потенціалу - електродним потенціалом. Абсолютні значення електродних потенціалів виміряти не вдається. Електродні потенціали залежать від ряду факторів (природи металу, концентрації, температури і ін.). Тому зазвичай визначають відносні електродні потенціали в певних умовах - так звані електродний потенціал.

Стандартним електродним потенціалом металу називають його електродний потенціал, що виникає при зануренні металу в розчин власного іона з концентрацією (або активністю), що дорівнює 1 моль / л, виміряний у порівнянні зі стандартним водневим електродом, потенціал якого при 25оЗ умовно приймається рівним нулю (Е ° = 0; DG ° = 0).

Маючи в своєму розпорядженні метали в ряд у міру зростання їх стандартних електродних потенціалів (Е °), отримуємо так званий ряд напруг.

Положення того чи іншого металу в ряду напрузі характеризує його відновну здатність, а також окисні властивості його іонів у водних розчинах при стандартних умовах. Чим менше значення Е °, тим більшими відновними здібностями володіє даний метал у вигляді простого речовини і тим менші окислювальні здібності виявляють його іони, і навпаки. Електродні потенціали вимірюють в приладах, які отримали назву гальванічних елементів. Окислювально-відновна реакція, яка характеризує роботу гальванічного елемента, протікає в напрямку, в якому ЕРС елемента має позитивне значення. В цьому випадку DG0 <0, так як DG0 = -n F Е °.

Приклад 1. Стандартний електродний потенціал нікелю більше, ніж кобальту (табл. 7 додатка). Чи зміниться це співвідношення, якщо виміряти потенціал нікелю в розчині його іонів з концентрацією 0,001 моль / л, а потенціали кобальту - в розчині з концентрацією 0,1 моль / л?

Рішення. Електродний потенціал металу (Е) залежить від концентрації його іонів в розчині. Ця залежність виражається рівнянням Нернста:

E = Е ° + (0,059 / n)'lgC,

де Е ° - стандартний електродний потенціал; n - число електронів, що приймають участь в процесі; С - концентрація (при точних обчисленнях - активність) гідратованих іонів металу в розчині, моль / л; Е ° для нікелю і кобальту відповідно рівні -0,25 і -0,277 В. Визначимо електродні потенціали цих металів при даних в умови концентраціях:

Е (Ni2+/ Ni) = -0,25 + (0,059 / 2)'lg 10-3 = -0,339B;

E (Co2+/ Co) = -0,277 + (0,059 / 2)'lg 10-1 = -0,307B.

Таким чином, при зміненій концентрації потенціал кобальту став більше потенціалу нікелю.

Приклад 2. Магнієву пластинку опустили в розчин його солі. При цьому електродний потенціал магнію виявився рівним -2,41 В. Розрахуйте концентрацію іонів магнію (в моль / л).

Рішення. Подібні завдання також вирішуються на підставі рівняння Нернста (див. Приклад 1):

-2,41 = -2,37 + (0,059 / 2)'lg С;

-0,04 = 0,0295 lg С;

lg С = -0,04 / 0,0295 = -1,3559 = 2,6441;

з (Mg2+) = -4,4 '10-2 моль / л.

Приклад 3. Складіть схему гальванічного елемента, в якому електродами є магнієва і цинкова пластинки, опущені в розчини їх іонів з активною концентрацією 1 моль / л. Який метал є анодом, який катодом? Напишіть рівняння окисно-відновної реакції, що протікає в цьому гальванічному елементі, і обчисліть його ЕРС.

Рішення. Схема даного гальванічного елемента

(-) Mg | Mg2+ || Zn2+ | Zn (+)

Вертикальна лінійка означає поверхню розділу між металом і розчином, а дві лінійки - кордон розділу двох рідких фаз - пористу перегородку (або сполучну трубку, заповнену розчином електроліту). Магній має менший потенціал (-2,37В) і є анодом, на якому протікає окислювальний процес:

Mg 0 -2 E = Mg2+ (1)

Цинк, потенціал якого -0,763В, - катод, т. Е. Електрод, на якому протікає процес відновлення:

Zn2++2 E = Zn0 (2)

Рівняння окисно-відновної реакції, що характеризує роботу даного гальванічного елемента, можна отримати, склавши електронні рівняння анодного (1) і катодного (2) процесів:

Mg + Zn2+= Mg2+ + Zn.

Для визначення ЕРС гальванічного елемента з потенціалу катода слід відняти потенціал анода. Так як концентрація іонів в розчині дорівнює 1 моль / л, то ЕРС елемента дорівнює різниці стандартних потенціалів двох його електродів:

ЕРС = E0(Zn2+/ Zn) - E0(Mg2+/ Mg) = -0,763 - (-2,37) = 1.607В

завдання 221

При якій концентрації іонів Zn2+ (В моль / л) потенціал цинкового електрода буде на 0,015 В менший за нього стандартного електродного потенціалу?

Відповідь: 0,3 моль / л.

Завдання 222.

Розрахуйте потенціал залізного електрода, опущеного в розчин, що містить 0,0699 г FеСl3 в 0,5 л.

Відповідь: -0,529 В.

завдання 223

ЕРС гальванічного елемента, утвореного нікелем, зануреним у розчин його солі з концентрацією іонів Ni2+ 10-4 моль / л, і сріблом, зануреним у розчин його солі, дорівнює 1,108 В. Визначте концентрацію іонів Ag+ в розчині його солі.

Відповідь: 0,1 моль / л

завдання 224

Розрахуйте ЕРС і зміна енергії Гіббcа для гальванічного елемента, утвореного магнієм і цинком, зануреними в розчини їх солей з концентрацією іонів (моль / л) C (Mg2+) = 1,8'10-5, C(Zn2+) = 2,5 '10-2. Порівняйте з ЕРС гальванічного елемента, утвореного стандартними електродами тих же металів.

Відповідь: 1,7 В; 1,607 В; -328,1кДж

завдання 225

Виходячи зі значень стандартних електродних потенціалів, розрахуйте для 298 К значення DG реакцій:

a) Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2

b) Cu + 2Ag+ = Cu2++ 2Ag

Відповідь: -146,7; -88,8 КДж,

завдання 226

Гальванічна ланцюг складена залізом, зануреним у розчин його солі з концентрацією іонів Fe2+, Складає 0,001 моль / л, і міддю, зануреної в розчин її солі. Якої концентрації повинен бути розчин солі міді, щоб ЕРС ланцюга стала рівною нулю?

Відповідь: 0,48'10-29моль / л.

завдання 227

Складіть схеми двох гальванічних елементів, в одному з яких мідь була б катодом, а в іншому - анодом. Напишіть для кожного з цих елементів електронні рівняння реакцій, що протікають на катоді і на аноді.

завдання 228

Який гальванічний елемент називається концентраційним? Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС гальванічного елемента, що складається з срібних електродів, опущених: перший в 0,01н, а другий - в 0,1 н розчини AgNO3.

Відповідь: 0,059 В

завдання 229

Складіть схему гальванічного елемента, в основі якого лежить реакція, що протікає по рівнянню:

Ni + Pb (NO3)2 = Ni (NO3)2 + Pb

Напишіть електронні рівняння анодного і катодного процесів. Розрахуйте ЕРС цього елемента, якщо [Ni2+] = 0,01 моль / л, [Рb2+] = 0,0001 моль / л.

Відповідь: 0,064 В.

завдання 230

Які хімічні процеси протікають на електродах при зарядці і розрядці свинцевого акумулятора?

завдання 231

За якої умови буде працювати гальванічний елемент, електроди якого зроблені з одного і того ж металу? Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС гальванічного елемента, в якому один нікелевий електрод знаходиться в 0,001 М розчині, а інший такий же електрод - в 0,01 М розчині сульфату нікелю.

Відповідь: 0,0295 В.

завдання 232

Обчисліть окислювально-відновний потенціал для системи:

MnO4+ 8H++5 E = Mn2++ 4H2O;

якщо C (MnO4-) = 10-5; C (Mn2+) = 10-2; C (H+) = 0,2 моль / л.

Відповідь: 1,409 В.

завдання 233

Обчисліть при стандартних умовах потенціал окислювально-відновної системи S0/ H2S і NO3/ NO. напишіть рівняння протікає реакції.

Відповідь: 0,819 В

завдання 234

Яка концентрація іонів Н+ в розчині, якщо окислювально-відновний потенціал системи: Cr2O72 + 14H++ 6 e = 2Cr3++ 7H2O дорівнює 1,61 В, а концентрація іонів Cr2O72 і Cr3+ відповідно рівні 1 і 10-6 моль / л?

Відповідь: 15,27 моль / л

завдання 235

Потенціал срібного електрода в розчині AgNO3 склав 95% значення його стандартного електродного потенціалу. Чому дорівнює концентрація іонів Ag+ (В моль / л)?

Відповідь: 0,2 моль / л. .

завдання 236

Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС мідно-кадмиевого гальванічного елемента, в якому з (Cd+) = 0,8 моль / л, a C (Сu2+) = 0,01моль / л.

Відповідь: 0,68 В,

завдання 237

Складіть схему гальванічного елемента, що складається з пластин цинку і заліза, занурених у розчини їх солей. Напишіть електронні рівняння процесів, що протікають на аноді і на катоді. Якої концентрації треба було б взяти іони заліза (моль / л), щоб ЕРС елемента стала рівною нулю, якщо з (Zn2+) = 0,001 моль / л?

Відповідь: 7,3 '10-15 моль / л,

завдання 238

Гальванічні елементи, в яких електродами є мідь і алюміній або срібло і якийсь інший метал, а розчини солей мають молярна концентрація еквівалента, що дорівнює 1 моль / л, при 250З дають ЕРС 2,00 і 1,20 В. За цими даними знайдіть значення Е ° для Аl і визначте, який метал використаний для електрода в другому гальванічному елементі.

Відповідь: -1,71 B

завдання 239

З чотирьох металів Ag, Cu, Аl і Sn виберіть ті пари, які дають найменшу і найбільшу ЕРС складеного з них гальванічного елемента.

завдання 240

За величиною стандартних електродних потенціалів і значенням DG0298 визначте, в якому напрямку можуть мимовільно протікати реакції в системах:

Ag + Zn2+ «Ag+ + Zn

Fe + Sn2+ «Fe2+ + Sn

Fe2+ + Sn4+ «Fe3+ + Sn2+.

 




 Періодична система елементів Д. і. менделеева. |  Хімічна зв'язок і будова молекул. |  ТВЕРДІ ТІЛА І МІНЕРАЛИ. |  завдання 81 |  КОНЦЕНТРАЦІЯ РОЗЧИНІВ. |  завдання 111 |  ФІЗИКО-ХІМЙЧЕСКІЕ властивості РОЗЧИНІВ |  ЕНЕРГЕТИКА ХІМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ. ентальпія |  Енергії Гіббса. ЕНТРОПІЯ |  ХІМІЧНА КІНЕТИКА І РІВНОВАГА |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати