Question

Напишите уравнения электродных процессов, токообразующую реакцию и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух электродов: Sn│SnSO4 (0,2М) и Cu│CuSO4 (0,02н). Приведите схематическую запись этого элемента.

Answer 1

[Mg(2+)] = [Сd(2+)] =1 моль/л  

В гальваническом элементе анодом становится металл, обладающего меньшим значением электродного потенциала, а катодом – металл с большим значением электродного потенциала. Магний в электрохимическом ряду напряжений стоит левее кадмия, значит, имеет меньшее значение электродного потенциала, чем кадмий. Следовательно, в гальваническом элементе магниевый электрод будет анодом, а кадмиевый – катодом.  

Ео (Cd(2+)/Cd) = − 0,403 B  

Eo(Mg(2+)/Mg) = – 2,362 B  

Ео (Cd(2+)/Cd) > Eo(Mg(2+)/Mg)  

Схема гальванического элемента  

A(-) Mg | Mg(2+) (1M) || Cd(2+) (1M) | Cd K(+)  

На аноде протекает процесс окисления, а на катоде – процесс восстановления.  

Процессы окисления-восстановления на электродах.  

Анод (-) Mg(0) – 2е = Mg(2+) | 1 – окисление на аноде  

Катод (+) Cd(2+) + 2e = Cd(0) | 1 – восстановление на катоде  

Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение токообразующей реакции, которое в ионном виде, выражает происходящую в элементе реакцию.  

Mg + Cd(2+) → Mg(2+) + Cd  

Электродные потенциалы по уравнению Нернста при 298 К  

Е (анода) = Е (Mg(2+)/Mg) = Ео (Mg(2+)/Mg) + (0,059/2)*lg[Mg(2+)] = − 2,362 + 0,0295*lg1 = − 2,362 + 0 = − 2,362 B  

Е (катода) = Е (Cd(2+)/Cd) = Ео (Cd(2+)/Cd) + (0,059/2)*lg[Сd(2+)] = − 0,403 + 0,0295*lg1 = − 0,403 + 0 = − 0,403 B  

ЭДС гальванического элемента  

Е = Е (катода) – Е (анода) = − 0,403 − (− 2,362) = 2,765 В  

При молярной концентрации ионов магния Mg(2+) и кадмия Сd(2+) равной 1 моль/л ЭДС гальванического элемента равна стандартной ЭДС гальванического элемента.  

Ео = Ео (Mg(2+)/Mg) - Ео (Cd(2+)/Cd) = − 0,403 − (− 2,362) = 2,765 В  

 

Если концентрации каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л, то ЭДС гальванического элемента не изменится.  

Пусть [Mg(2+)] = [Сd(2+)] = 0,01 моль/л  

Поскольку ионы магния Mg(2+) и кадмия Сd(2+) двухвалентны, то ЭДС гальванического элемента можно записать в виде  

Е = Е (Mg(2+)/Mg) - Е (Cd(2+)/Cd) = Ео (Mg(2+)/Mg) - Ео (Cd(2+)/Cd) + (0,059/2)*lg([Mg(2+)]/[Сd(2+)]) = Ео + (0,059/2)*lg(0,01/0,01) = Ео + (0,059/2)*lg1 = Ео + 0 = Ео = 2,765 В

Answer 2

Уравнения электродных процессов в данном гальваническом элементе можно записать следующим образом:

На аноде (окисление): Sn(s) → Sn^2+(aq) + 2e^-

На катоде (восстановление): Cu^2+(aq) + 2e^- → Cu(s)

Токообразующая реакция: Sn(s) + Cu^2+(aq) → Sn^2+(aq) + Cu(s)

Схематическая запись гальванического элемента: Sn│Sn^2+(0,2М) || Cu^2+(0,02н)│Cu

Вычисление ЭДС гальванического элемента: ЭДС гальванического элемента можно вычислить с использованием известных потенциалов восстановления электродов. Потенциалы восстановления металлов можно найти в специальных таблицах.

Для данного гальванического элемента: ЭДС = E°(Cu^2+/Cu) - E°(Sn^2+/Sn)

Где E°(Cu^2+/Cu) - потенциал восстановления меди, E°(Sn^2+/Sn) - потенциал восстановления олова.

Подставляя значения из таблицы, получим: ЭДС = 0,34 В - (-0,14 В) = 0,48 В

Таким образом, ЭДС гальванического элемента составляет 0,48 В.