Question

Составьте схему гальванического элемента, состоящего из пластин свинца и цинка, погруженных в растворы солей. Напишите электронные уравнения электродных процессов. Какой концентрации надо взять ионы цинка (в моль/л), чтобы ЭДС элемента стала равной нулю, если [Рв2+]=0,01 моль/л.

Answer 1

вертикальная черточка

на аноде цинк окисляется

Zn=Zn(+2)+2e

на катоде свинец восстанавливается

Pb(+2)+2e=Pb

А концентрацию ионов нужно искать через уравнение Нернста

Answer 2

Схема гальванического элемента, состоящего из пластин свинца и цинка, погруженных в растворы солей, выглядит следующим образом:

Свинцовый электрод | Раствор соли свинца | Раствор соли цинка | Цинковый электрод

На свинцовом электроде происходит окисление металла:

Pb(s) -> Pb2+(aq) + 2e-

На цинковом электроде происходит восстановление металла:

Zn2+(aq) + 2e- -> Zn(s)

Теперь рассмотрим реакцию, которая протекает в элементе:

Pb(s) + Zn2+(aq) -> Pb2+(aq) + Zn(s)

Для того чтобы ЭДС элемента стала равной нулю, потенциал окисления и потенциал восстановления должны быть равны. Из электрохимического ряда известно, что потенциал окисления цинка равен -0,76 В, а потенциал восстановления свинца равен -0,13 В. Таким образом, нужно найти концентрацию ионов цинка, при которой потенциал окисления цинка станет равным потенциалу восстановления свинца.

Для этого воспользуемся уравнением Нернста:

E = E° - (RT/nF) * ln([Zn2+]/[Pb2+])

Где: E - ЭДС элемента (равна нулю) E° - стандартный потенциал элемента (разность потенциалов окисления и восстановления) R - газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)) T - температура (в Кельвинах) n - количество электронов, участвующих в реакции (в данном случае 2) F - постоянная Фарадея (96 485 Кл/моль) [Zn2+] - концентрация ионов цинка [Pb2+] - концентрация ионов свинца

Подставим известные значения:

0 = (-0,13 - (-0,76)) - (8,314 * T / (2 * 96485)) * ln([Zn2+]/0,01)

Учитывая, что ЭДС равна нулю, значит разность потенциалов окисления и восстановления равна разности стандартных потенциалов, а концентрация ионов свинца равна 0,01 моль/л.

Теперь решим уравнение относительно [Zn2+]:

0,63 = (8,314 * T / (2 * 96485)) * ln([Zn2+]/0,01)

ln([Zn2+]/0,01) = (2 * 96485 * 0,63) / (8,314 * T)

[Zn2+]/0,01 = e^((2 * 96485 * 0,63) / (8,314 * T))

[Zn2+] = 0,01 * e^((2 * 96485 * 0,63) / (8,314 * T))

Таким образом, концентрация ионов