Расчет э.д.с. электрохимической ячейки

Расчет формального потенциала полуреакции, протекающей с участием ионов водорода.

Для полуреакции Ох + ne + mH⁺ ↔ Red запишем уравнение Нернста

и преобразуем его

При а _Ох = а _Red = 1

Отсюда

где Е_Оx/Red - потенциал полуреакции при рН 0.00.

ПРИМЕР 14. Рассчитайте формальный потенциал полуреакции NО₂^- + 2Н⁺ + е ↔ NO + Н₂О при рН 1.00.

Решение. При рН 0.0 Е°(NO₂^-, 2H⁺/NO) = 1.202 В. Рассчитываем Е° полуреакции при рН 1.00 по формуле (5-13):

ПРИМЕР 15. При каком рН константа равновесия реакции между нитрит-ионом и иодид-ионом принимает значение больше 10?

Решение. Для реакции

2NO₂^- + 3I^- + 4Н⁺ ↔ I₃^- + 2NO + Н₂О

запишем выражение константы равновесия через формальный потенциал полу реакции:

Поскольку

Следовательно,

Электрохимическая ячейка (цепь) состоит из пары электродов, погруженных в раствор электролита. Электрод, на котором происходит восстановление, называют катодом, окисление - анодом. Разность потенциалов катода Е_к и анода Е_а определяет э.д.с. электрохимической ячейки Е_яч:

Е_яч = э.д.с = Е_к- Е_а

Если э.д.с > 0, полу реакция восстановления протекает самопроизвольно, такая электрохимическая цепь (ячейка) называется гальваническим элементом. Если э.д.с < 0. для протекания химической реакции требуется внешний источник энергии, и такую ячейку (цепь) называют электролитической.

Схематически электрохимические ячейки принято записывать слева направо так: анод, граница раздела фаз (вертикальная черта), электролит, солевой мостик (двойная черта), электролит, граница раздела фаз (вертикальная черта), катод.

ПРИМЕР 16. Запишите схематически ячейку, состоящую из цинкового электрода, погруженного в 0.1 М ZnSO₄, и медного электрода, погруженного в 0.1 М CuSO₄. Рассчитайте э.д.с. этой ячейки.

Решение. Согласно значениям Е °для гюлуреакций:

самопроизвольно протекает полуреакция восстановления Сu²⁺. Следовательно, цинковый электрод - анод, медный - катод. Схема предложенной в условии ячейки:

Zn|ZnSO₄(0.1 M)||CuSO₄(0.1 M)|Cu

Рассчитаем потенциалы анода и катода, приняв ионную силу, равной нулю.

Следовательно, ячейка является гальваническим элементом (источником тока): в ней самопроизвольно протекает химическая реакция:

Cu²⁺ + Zn ↔ Сu + Zn²⁺

Дата добавления: 2015-01-03