Question

Составьте схему, напишите уравнения токообразующей и электродных реакций для гальванического элемента, у которого один из электродов – кобальтовый (СCo2+=10-1 моль/л), а другой – стандартный водородный. Рассчитайте ЭДС элемента при 298 К. Как изменится ЭДС, если концентрация ионов Co2+ уменьшить в 10 раз?

Answer 1

Ответ:

Объяснение:

Составьте схему, напишите уравнения токообразующей и электродных реакций для гальванического элемента, у которого один из электродов – кобальтовый (сCo²⁺10⁻¹ моль/л), а другой – стандартный водородный. Рассчитайте ЭДС элемента при 298 К. Как изменится ЭДС, если концентрация ионов Co2+ уменьшить в 10 раз?

В данном гальваническом элементе кадмиевый электрод будет являться анодом, а стандартный водородный электрод  - катодом.

  Схема гальванического элемента:

          (-)Cо │          Cо²⁺                 ││        2Н⁺     │Н₂(Pt) (+)

                      [Со²⁺]=0,1 моль/л         [Н+]=1 моль/л

Вертикальная линия обозначает границу раздела между  металлом и раствором, а двойная вертикальная линия – границу раздела между  двумя жидкими фазами – двумя растворами электролитов.  

Cтандартные значения электродных потенциалов φ( Со²⁺/Cо)   и φ( 2Н⁺/Н₂)  составляют соответственно

 - 0,280 В  и   0,000 В.  

 

При  работе гальванического элемента на аноде протекает процесс окисления кобальта: Со⁰ --> Cо²⁺ +  2 ē.

 Электроны  по проводнику переходят на водородный  электрод, на котором протекает процесс восстановления ионов водорода:  2Н+ + 2ē  = Н₂⁰.

Токообразующая   реакция  Co⁰  +  2H⁺  =   Co²⁺  +  H₂⁰

Для  определения ЭДС элемента нужно из  потенциала катода вычесть потенциал анода.  

Тогда  ЭДС  данного элемента  в стандартных  условиях составит:  0,000  -  (-0,280 ) = 0,280  В.  

                                                 0,0591

φ Со²⁺/Со  =   φ⁰ Со²⁺/Со  +  ----------- × lg [Co²⁺]   =  

                                                    n

                       0,0591

- 0,280 B  +   ------------- lg 0,1 = - 0,3096  В  

                            2

В этом  случае  ЭДС гальванического элемента  составит:

0,000  -  (-0,3096 ) = 0,3096 В.  

Таким  образом, ЭДС  гальванического  элемента  возросла на 0,0296  В  или  примерно  на 10%.                              

Answer 2

Данный гальванический элемент состоит из кобальтового электрода (Co) и стандартного водородного электрода (H2). Уравнения токообразующих и электродных реакций для этого элемента выглядят следующим образом:

1. Кобальтовый электрод (анод): Co(s) → Co2+(aq) + 2e-

2. Водородный электрод (катод): 2H+(aq) + 2e- → H2(g)

Суммарное уравнение для гальванической ячейки: Co(s) + 2H+(aq) → Co2+(aq) + H2(g)

Стандартный потенциал для реакции 1: E°(Co2+/Co) = +0.28 В (по данным на момент моего обучения).

Для расчета ЭДС элемента можно использовать уравнение Нернста: E = E° - (RT / nF) * ln(Q)

Где: E - ЭДС элемента E° - Стандартный потенциал (вольты) R - Газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К)) T - Абсолютная температура (К) n - Количество электронов, участвующих в реакции (для обеих полуреакций n = 2) F - Постоянная Фарадея (96485 Кл/моль) ln - Натуральный логарифм Q - Отношение активностей продуктов к активностям реагентов (Q = [Co2+]/[H+]^2)

При 298 К: T = 298 K E° = 0.28 В

При начальных концентрациях ([Co2+] = 10^-1 М и [H+] = 1 M): Q = (10^-1) / (1^2) = 10^-1

Подставляя все значения в уравнение Нернста: E = 0.28 V - ((8.314 J/(mol·K) * 298 K) / (2 * 96485 C/mol) * ln(10^-1)) E ≈ 0.28 V - 0.006 V E ≈ 0.274 В

Теперь рассмотрим случай, когда концентрация ионов Co2+ уменьшена в 10 раз (новая [Co2+] = 10^-2 М):

Q новое = (10^-2) / (1^2) = 10^-2

Подставляя вновь в уравнение Нернста: E новое = 0.28 V - ((8.314 J/(mol·K) * 298 K) / (2 * 96485 C/mol) * ln(10^-2)) E новое ≈ 0.28 V - 0.012 V E новое ≈ 0.268 В

Итак, при уменьшении концентрации ионов Co2+ в 10 раз, ЭДС элемента уменьшилась с примерно 0.274 В до примерно 0.268 В.