Question

Определить э.д.с. химического гальванического элемента и концентрационного гальванического элемента. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этих элементов? Хим.Au / AuCI3 (0,1M) // Cd(NO3)2 (0,01M) / Cd КонцZn / ZnSO4 (0,01M) // ZnSO4 (0,1M) / Zn

Answer 1

Ответ:

Объяснение:

Определить э.д.с. химического гальванического элемента и концентрационного гальванического элемента. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этих элементов?

Хим.Au / AuCI3 (0,1M) // Cd(NO3)2 (0,01M) / Cd

КонцZn / ZnSO4 (0,01M) // ZnSO4 (0,1M) / Zn

Рассмотрим  сначала   химический  гальванический  элемент, гальваническая  пара  Сd - Au.  Стандартный  электродный  потенциал кадмия φ⁰(Сd²⁺/Cd⁰) = - 0,403 B.  Кадмиевый  электрод  в данном  гальваническом  элементе  будет   анодом.

Стандартный  электродный  потенциал золота φ⁰(Аu³⁺/Au⁰) = + 1,498 B.  Золотой  электрод  в данном  гальваническом  элементе  будет   катодом.

                     (–)Cd⁰ │     Cd²⁺    ││         Аu³⁺      │Аu⁰ (+)

При замкнутой   цепи  электроны  будут  перемещаться  по внешней  цепи   от  анода  к  катоду.  

При  работе гальванического элемента на аноде протекает процесс окисления кадмия: Сd --> Cd²⁺ + 2 ē.

 Электроны  по проводнику переходят на золотой  электрод, на котором протекает процесс восстановления ионов золота:  Аu³⁺ + 3ē  = Аu.

   Реальные потенциалы  золотого и кадмиевого электродов можно рассчитать по формуле Нернста:

                                                            0,0591

  E (Au³⁺/Au⁰)  =      E° (Au³⁺/Au⁰)  + ---------------  ×lg [Au³⁺] =  

                                                                  3

=  + 1,498 +  0,0591/3   ×lg 0,1   =  1,4783 В

                                                          0,0591

  E (Cd²⁺/Cd⁰)  =      E° (Cd²⁺/Cd⁰)  + ---------------  ×lg [Cd²⁺] =  

                                                                  2

=  - 0,403 +  0,0591/2   ×lg 0,01   =  - 0,4621 В

                                                               

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

ЭДС =  1,4783 В - (- - 0,4621 В) =  1,9404  В.  

Концентрационными называют гальванические элементы, построенные из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы с разной активностью потенциалобразующих ионов. В нашем случае два цинковых электрода помещены в растворы с разной активностью ионов цинка:

                    (- ) Zn │  ZnSO4    ││  ZnSO4   │Zn (+)

                                   c = 0,01 М         с = 0,1 М

            Zn⁰ --> Zn²⁺ +  2ē                                          Zn²⁺ + 2ē = Zn⁰

Э. д. с. в таких элементах возникает за счет работы выравнивания  концентраций в обоих растворах. Электрод, погруженный в более разбавленный раствор, посылает в него ионы Zn²⁺ и заряжается при этом отрицательно. А на электроде, погруженном в более концентрированный раствор, ионы Zn²⁺   осаждаются,

заряжая электрод положительно. Таким образом, обоих электродах самопроизвольно идут процессы в направлении выравнивания концентраций.   Электроны  по  внешней  цепи  направляются   от более   разбавленного   раствора  к более  концентрированному.  Как  только  концентрация ионов  вокруг   анода  и  катода  сравняются   работа  концентрационного  гальванического  элемента   прекращается.

 Величина ЭДС концентрационного элемента  при 25° С, если концентрация ионов цинка в растворах равна 0,01 моль/л  и 0,1 моль/л  может быть рассчитана по уравнению:  

             2,303 R T             0,1           2,303  · 8,314· 298

ЭДС  =  ----------------×  lg  ---------   = --------------------------- ×  lg 10  = 0,0591 В

                 F                     0,01                   96500

Answer 2

Э.д.с. (электродвижущая сила) химического гальванического элемента - это разность потенциалов между его анодом и катодом, которая возникает вследствие разной активности-химической активности реагентов в электроде.

В случае химического гальванического элемента Au/Cu2+(0,1M) // AuCl3(0,01M) / Au, э.д.с. будет определяться разностью потенциалов между полуячейкой Cu2+ / Cu и полуячейкой AuCl3 / Au.

При подключении внешней цепи, электроны будут перемещаться через эту цепь из анода в катод, то есть от Cu к Au. Это происходит потому, что электроны стремятся перемещаться от области с более низким потенциалом (Cu) к области с более высоким потенциалом (Au). В результате этого перемещения электроны передаются от Cu на поверхность Au, где они используются для реакции окисления AuCl3 восстанавливается до Au. Это позволяет поддерживать потенциалные разности и обеспечивать непрерывную работу гальванического элемента.

В случае концентрационного гальванического элемента Zn/Zn2+(0,01M)//ZnSO4(0,1M)/Zn, э.д.с. будет определяться разностью потенциалов между полуячейкой Zn / Zn2+ и полуячейкой ZnSO4 / Zn.

При подключении внешней цепи, электроны также будут перемещаться через цепь от анода к катоду, то есть от Zn к ZnSO4. В данном случае, электроны перемещаются от области с более низкой концентрацией Zn2+ (атмосферный Zn) к области с более высокой концентрацией Zn2+(ZnSO4). В результате этого перемещения, Zn в форме анода окисляется, а Zn2+ в форме катода восстанавливается. Поддержание концентрации Zn2+ в растворе помогает поддерживать потенциалные разности и обеспечивает непрерывную работу гальванического элемента.