Question

Какие процессы протекают на электродах гальванического элементах Zn/Zn(NO3)2(0.01M)/Pb(NO3)2(0.01M)/Pb ? Напишите реакции, протекающие на аноде И катоде. Вычислить ЭДС этого элемента, если фи0(Zn2+/Zn) = 0,76В ; фи0 (pb2+/pb) = -0,13В.

Answer 1

В таблице стандартных электродных потенциалов:
E0 - Zn[2+] / Zn = -0.763 V
E0 - Pb[2+] / Pb = -0.126 V

Так как потенциал Цинка отрицательные, он будет анодом
А : Zn[0] -2e -> Zn[+2]
К : Pb[2+] +2e -> Pb[0]
Схема гальванического элемента :
(—) Zn[0] | Zn[2+] || Pb[2+] | Pb[0] ( +)
Из уравнения Нернста:

E= E0 + (0.059/n) × lg C

1) E Zn[2+] / Zn =
-0.763 + (0.059/2) × lg 0.01 = -0.4105

2) E Pb[2+] / Pb = -0.13 + (0.059/2) × lg 0.01 = -0.189
Считаем ЭДС гальванического элемента :
EMF = E Pb[2+]/ Pb[0] - E Zn[2+] / Zn[0] = -0.189-(-0.4105)= 0.2215
Ответ: 0.2215

Answer 2

В гальваническом элементе Zn/Zn(NO3)2(0.01M)/Pb(NO3)2(0.01M)/Pb происходят две полуреакции на электродах: одна на аноде и другая на катоде. Важно отметить, что электрод с более высоким стандартным потенциалом (более положительным) будет служить анодом, а электрод с более низким стандартным потенциалом (более отрицательным) будет служить катодом.

На аноде (Zn) происходит окисление цинка (Zn) до ионов цинка (Zn^2+):

Анод: Zn(s) → Zn^2+(aq) + 2e^-

На катоде (Pb) происходит восстановление ионов свинца (Pb^2+) до атомов свинца (Pb):

Катод: Pb^2+(aq) + 2e^- → Pb(s)

Теперь, чтобы вычислить ЭДС гальванического элемента, используем уравнение Нернста для каждой полуреакции:

Для анодной полуреакции: E_anode = E°_anode - (RT / nF) * ln([Zn^2+] / [Zn])

Где: E_anode - потенциал анода (вольты) E°_anode - стандартный потенциал анода (вольты) = 0,76 В R - универсальная газовая постоянная = 8.314 Дж/(моль·К) T - температура в Кельвинах (обычно 298 К) n - количество электронов переносимых в реакции (для анодной реакции n = 2, так как 2 электрона участвуют в окислении цинка) F - постоянная Фарадея = 96485 Кл/моль [Zn^2+] - концентрация ионов цинка в растворе (0,01 М)

Для катодной полуреакции: E_cathode = E°_cathode - (RT / nF) * ln([Pb^2+] / [Pb])

Где: E_cathode - потенциал катода (вольты) E°_cathode - стандартный потенциал катода (вольты) = -0,13 В [Pb^2+] - концентрация ионов свинца в растворе (0,01 М)

Теперь подставим известные значения и рассчитаем ЭДС гальванического элемента:

E_anode = 0,76 - (8.314 * 298 / (2 * 96485)) * ln(0,01 / 1) ≈ 0,76 В E_cathode = -0,13 - (8.314 * 298 / (2 * 96485)) * ln(0,01 / 1) ≈ -0,13 В

ЭДС гальванического элемента: E_cell = E_cathode - E_anode E_cell ≈ (-0,13) - 0,76 ≈ -0,89 В

Таким образом, ЭДС гальванического элемента Zn/Zn(NO3)2(0.01M)/Pb(NO3)2(0.01M)/Pb составляет приблизительно -0,89 В. Обратите внимание, что отрицательное значение ЭДС указывает на то, что электродная реакция является неспонтанной в стандартных условиях и будет протекать только при подключении внешней нагрузки (гальванический элемент будет выделять электрическую энергию при разрядке).