Question

при 25 градусах потенциал кадмиевого электрода погруженного в 0,01 м раствор cdso4 с активностью ионов меди 0,0202 равен 0,473 B вычислить нормальный потенциал кадмия по отношению к нормальному водородному электроду

Answer 1

См (Cd(NO3)2) = 0,1М = 0,1 моль/л – молярная концентрация раствора Cd(NO3)2

Тогда молярная концентрация катионов Cd(2+) в растворе

[Cd(2+)] = 0,1М = 0,1 моль/л

Рассмотрим процессы, происходящие на электродах.

Электрод, на котором протекает процесс окисления – анод, восстановление – катод.

Анодный процесс

Поскольку по условию анодом является кадмиевый проводник, то на аноде происходит окисление кадмия, то есть растворение кадмиевого проводника и переход ионов Cd(2+) в раствор.

Cd − 2е = Cd(2+) – процесс окисления

Электродный потенциал кадмиевого электрода по уравнению Нернста

E(Cd(2+)/Cd) = Eo(Cd(2+)/Cd) + (0,059/n)*lg[Cd(2+)] = − 0,403 + (0,059/n)*lg0,1 ≈ − 0,403 + 0,03*( − 1) = − 0,403 − 0,03 = − 0,433 В, где

n = 2 – число электронов

Катодный процесс

Поскольку в условии сказано, что электродный потенциал равен стандартному, то очевидно, что катодом является стандартный водородный электрод. На катоде происходит восстановление ионов водорода Н (+)

2Н (+) + 2е = Н2↑ - процесс восстановления

Электродный потенциал стандартного водородного электрода равен нулю.

E(2H(+)/H2) = Eo(2H(+)/H2) + (0,059/n)*lg[H(+)] = 0, где

[H(+)] = 1М = 1 моль/л – молярная концентрация ионов Н (+) для стандартного водородного электрода.

Схема гальванического элемента.

Анод (−) Cd | Cd(NO3)2 (0,1М) || Н (+) (1М) | Pt Катод (+)

Уравнение электрохимического процесса

Cd + 2H(+) = Cd(2+) + H2↑

Поскольку стандартный водородный электрод представляет собой сосуд, заполненный кислотой (как правило, Н2SO4), то уравнение электрохимического процесса в молекулярном виде

Cd + H2SO4= CdSO4 + H2↑

ЭДС гальванического элемента

ЭДС = Е (катода) – Е (анода) = E(2H(+)/H2) − E(Cd(2+)/Cd) = 0 − (− 0,433 В) = 0,433 В

Стандартная ЭДС находится из условия, что молярные концентрации обоих растворов равны 1М.

ЭДС (станд. ) = Eо (2H(+)/H2) − Eо (Cd(2+)/Cd) = 0 − (− 0,403 В) = 0,403 В

Answer 2

Для вычисления нормального потенциала кадмия по отношению к нормальному водородному электроду (NHE), мы можем использовать формулу Нернста:

$E_{\text{NHE}} = E_{\text{Cd}} + E_{\text{CdSO}_4}$

где $E_{\text{NHE}}$ - искомый нормальный потенциал кадмия, $E_{\text{Cd}}$ - потенциал кадмиевого электрода, $E_{\text{CdSO}_4}$ - потенциал стандартного водородного электрода (стандартный электродный потенциал) в данной ситуации.

Известно, что $E_{\text{CdSO}_4} = 0$ B, так как стандартный водородный электрод по определению имеет потенциал 0 B при всех условиях.

Остается найти $E_{\text{Cd}}$. Для этого воспользуемся уравнением Нернста:

$E = E^\circ - \frac{0.0591}{n} \log Q$

где $E^\circ$ - стандартный потенциал электрода, $n$ - количество передаваемых электронов в химической реакции, $Q$ - отношение активностей продуктов и реагентов в химической реакции.

Для кадмиевого электрода с реакцией:

$\text{Cd}^{2+} + 2e^- \rightleftharpoons \text{Cd}$

у нас $n = 2$ (2 электрона передается) и $E^\circ$ можно определить по известному значению нормального потенциала кадмия:

$E^\circ_{\text{Cd}} = E^\circ_{\text{NHE}} - E^\circ_{\text{CdSO}_4} = 0.473 \, \text{V} - 0 \, \text{V} = 0.473 \, \text{V}$

Теперь, для рассматриваемой реакции, у нас есть $E^\circ_{\text{Cd}} = 0.473 \, \text{V}$ и $n = 2$. Мы также знаем, что $E_{\text{CdSO}_4} = 0 \, \text{V}$, а активность ионов меди ($\text{Cu}^{2+}$) составляет 0.0202.

Теперь можно вычислить $E_{\text{Cd}}$:

$E_{\text{Cd}} = E^\circ_{\text{Cd}} - \frac{0.0591}{2} \log\left(\frac{\text{[Cd}^{2+}]}{1 \, \text{M}}\right)$

$E_{\text{Cd}} = 0.473 \, \text{V} - 0.02955 \log\left(\frac{0.0202}{1}\right)$

$E_{\text{Cd}} = 0.473 \, \text{V} - 0.02955 \times (-1.693)$

$E_{\text{Cd}} = 0.473 \, \text{V} + 0.04993$

$E_{\text{Cd}} = 0.52293 \, \text{V}$

Таким образом, нормальный потенциал кадмия по отношению к нормальному водородному электроду составляет приблизительно 0.523 V.