Пример 3. Вычислите величину электродного потенциала кобальта в 0,001-молярном растворе его соли

Пример 2.

Вычислите величину электродного потенциала кобальта в 0,001-молярном растворе его соли.

Решение.

Значение электродного потенциала металла зависит от многих факторов – природы металла, температуры, концентрации соли и т. д. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

E_Meⁿ⁺_{/ Me} = E⁰_Meⁿ⁺_{/ Me} + lg [Meⁿ⁺ ´ mH₂O],

где E_Meⁿ⁺_{/ Me} – электродный потенциал металла; E⁰_Meⁿ⁺_{/ Me} – стандартный электродный потенциал металла; n - заряд иона металла в соли; [Meⁿ⁺ ´ mH₂O] – активная концентрация ионов металла в растворе.

Рассчитаем значение электродного потенциала кобальта в 0,001-молярном растворе его соли. Величину стандартного электродного потенциала кобальта выписываем из ряда напряжений [I]:

E_Co²⁺_{/ Co} = E⁰_Co²⁺_{/ Co} + lg [Co²⁺ ´ mH₂O],

E_Co²⁺_{/ Co} = – 0,27 + lg 0,001,

E_Co²⁺_{/ Co} = – 0,27 + (–3),

E_Co²⁺_{/ Co} = – 0,27 - 0,088,

E_Co²⁺_{/ Co} = – 0,358 В.

Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых кадмий будет анодом, в другом – катодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на электродах, и посчитайте электродвижущую силу (эдс) элементов.

Решение.

Устройства, используемые для преобразования энергии химической реакции в электрическую, называются гальваническими элементами. Элемент работает за счет протекания окислительно-восстановительной реакции. Электрод, на котором идет восстановление, называется катодом, а окисление протекает на аноде. Если анод и катод изготовлены из разных металлов, то на электроде из более активного металла (с меньшим значением электродного потенциала) идет процесс окисления и он играет роль анода. Менее активный металл будет катодом и на нем протекает процесс восстановления.

Электродвижущая сила гальванического элемента равна разности значений электродных потенциалов катода и анода: ЭДС = E_К - E_А.

Чтобы в гальваническом элементе кадмий был катодом (E⁰_Cd = – 0,40 В), в качестве анода нужно подобрать электрод из более активного металла, например, марганца (E⁰_Mn = – 1,18 В).

Схема гальванического элемента:

^(-)Mn / Mn²⁺ // Cd²⁺ / Cd⁽⁺⁾.

Уравнения реакций, протекающих на электродах:

на аноде (-) Mn⁰ – 2= Mn²⁺ – окисление,

на катоде (+) Cd²⁺ + 2= Cd⁰ – восстановление,

Mn⁰ + Cd²⁺ = Mn²⁺ + Cd⁰.

Рассчитаем ЭДС элемента по формуле

ЭДС = E_К - E_А = E_Cd - E_Mn = – 0,40 - (– 1,18) = 0,78 В.

Если в пару с кадмием в качестве другого электрода взять менее активный металл, например, свинец (E⁰_Pb = – 0,13 В), то кадмий будет играть роль анода.

Схема гальванического элемента:

^(-)Cd / Cd²⁺ // Pb²⁺ / Pb⁽⁺⁾.

Уравнения реакций протекающих на электродах:

на аноде (-) Cd⁰ – 2= Cd²⁺ – окисление,

на катоде (+) Pb²⁺ + 2= Pb⁰ – восстановление.

Рассчитаем ЭДС элемента по формуле

ЭДС = E_К - E_А = E_Pb - E_Cd = - 0,13 - (- 0,40) = 0,27 В.

Дата добавления: 2014-10-31