Question

Гальванический элемент составлен из стандартного цинкового электрода и хромового электрода, погруженного в раствор хлорида хрома (III). Составьте схему гальванического элемента, напишите уравнения анодного и катодного процессов, рассчитайте концентрацию ионов Cr3+, при которой ЭДС элемента будет равна 0

Answer 1

Ответ:

φZn = φo(Zn/Zn2+)

Если ЭДС = 0, то

φCr = φZn = φo(Zn/Zn2+)

φCr = φo(Cr3+/Cr) + (0,059/3)*lg(C(Cr3+))

lg(C(Cr3+)) = 3*(-0,76 + 0,74)/0,059

C(Cr3+) = 9,62*10-2 моль/л

Объяснение:

Answer 2

Давайте начнем с составления схемы гальванического элемента. Гальванический элемент будет иметь следующий вид:

Анод (окисление): Zn(s) | Zn2+(aq) || Cr3+(aq) | Cr(s) Катод (восстановление)

Теперь напишем уравнения анодного и катодного процессов:

На аноде происходит окисление цинка: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-

На катоде происходит восстановление хрома: Cr3+(aq) + 3e- → Cr(s)

Теперь мы знаем полуреакции, которые происходят на аноде и катоде.

Чтобы найти концентрацию ионов Cr3+, при которой ЭДС элемента будет равна 0, мы должны воспользоваться уравнением Нернста для гальванических элементов:

Ecell = E°cell - (RT/nF) * ln(Q)

Где: Ecell - ЭДС элемента E°cell - Стандартный потенциал элемента R - Газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К)) T - Абсолютная температура (К) n - Количество электронов, участвующих в реакции (3 в данном случае) F - Фарадаевская постоянная (96,485 Кл/(моль·В))

Сначала найдем стандартный потенциал элемента E°cell, который можно найти из таблицы стандартных потенциалов:

E°cell = E°cathode - E°anode

Для Cr3+/Cr и Zn2+/Zn мы найдем стандартные потенциалы: E°cathode (Cr3+/Cr) = -0.74 В (из таблицы стандартных потенциалов) E°anode (Zn2+/Zn) = -0.76 В (из таблицы стандартных потенциалов)

Теперь вычислим E°cell: E°cell = (-0.74 В) - (-0.76 В) = 0.02 В

Теперь, чтобы ЭДС элемента была равна 0, Ecell должна быть равна 0. Подставим значения в уравнение Нернста:

0 = 0.02 В - (8.314 Дж/(моль·К) * T) / (3 * 96,485 Кл/(моль·В)) * ln(Q)

Теперь мы можем решить это уравнение для концентрации ионов Cr3+. Предположим, что температура T = 298 К (25°C):

0 = 0.02 В - (8.314 Дж/(моль·К) * 298 К) / (3 * 96,485 Кл/(моль·В)) * ln(Q)

Теперь решим это уравнение для Q (произведение концентраций продуктов деленное на произведение концентраций реагентов):

ln(Q) = (0.02 В * 3 * 96,485 Кл/(моль·В)) / (8.314 Дж/(моль·К) * 298 К) ln(Q) = 36.92 Q = e^(36.92) Q ≈ 1.5971 x 10^15

Q = [Cr2+]^3 / [Zn2+]

Теперь мы можем рассчитать концентрацию ионов Cr3+:

[Zn2+] = 1 M (предположим, что концентрация цинка 1 M)

[Cr2+]^3 = Q * [Zn2+] = (1.5971 x 10^15) * (1 M) = 1.5971 x 10^15 M

[Cr2+] = (1.5971 x 10^15 M)^(1/3) ≈ 2.68 x 10^5 M

Итак, при концентрации ионов Cr3+ около 2.68 x 10^5 M ЭДС элемента будет равна 0.