Химия. Составить схему гальванического элемента

Схема гальванического элемента: Cu2+ (0,001 Моль/л) || Cu (катод) || Cr (анод) || Cr3+ (с концентрацией X Моль/л) || Cu2+ (0,001 Моль/л) На катоде (Cu) происходит редукция Cu2+: Cu2+ + 2e- -> Cu На аноде (Cr) происходит окисление Cr: Cr -> Cr3+ + 3e- Для того, чтобы ЭДС элемента была равна нулю, потенциалы окисления и восстановления должны быть равны. Потенциал окисления Cr равен -0.74 В, потенциал восстановления Cu2+ равен +0.34 В. Разность потенциалов равна 1,08 В. Используя уравнение Нернста: E = E° - (RT/nF) ln Q, где E° - стандартный потенциал, R - универсальная газовая постоянная, T - температура, n - количество электронов, F - постоянная Фарадея, Q - отношение концентраций продуктов и реагентов в уравнении реакции. Для того, чтобы ЭДС элемента была равна нулю, необходимо, чтобы: E°(Cu2+/Cu) - E°(Cr3+/Cr) = (RT/nF) ln [Cr3+]/[Cu2+] Подставив известные значения и решив уравнение относительно [Cr3+], получим: [Cr3+] = [Cu2+] * exp((E°(Cu2+/Cu) - E°(Cr3+/Cr)) * nF / (RT)) [Cr3+] = 0.001 * exp((+0.34 - (-0.74)) * 3 * 96485 / (8.31 * 298)) = 0.0013 Моль/л (округляем до 4 знаков после запятой) Таким образом, чтобы ЭДС элемента стала равна нулю, необходимо взять ионы хрома с концентрацией 0.0013 Моль/л.

Схема гальванического элемента: Cu2+ (0,001 М) || Cu (катод) || Cr (анод) || Cr3+ (x М) || Pt Электронные уравнения процессов: Анод: Cr → Cr3+ + 3e- Катод: Cu2+ + 2e- → Cu Чтобы ЭДС элемента стала равной нулю, необходимо, чтобы потенциал анодной реакции (E°(Cr3+/Cr)) был равен потенциалу катодной реакции (E°(Cu2+/Cu)). Потенциалы реакций можно найти в таблице стандартных потенциалов. E°(Cu2+/Cu) = +0,34 В; E°(Cr3+/Cr) = -0,74 В Для равенства потенциалов необходимо, чтобы ионы хрома имели концентрацию: x = 0,009 М

Гальванический элемент представляет собой электрохимическую систему, состоящую из двух металлических пластин, погруженных в растворы солей собственных ионов. Растворы соединяются солевым мостиком – стеклянной трубкой, заполненной электролитом KCl. Солевой мостик препятствует смешиванию растворов и проводит электрический ток. Рассмотрим гальванический элемент Даниэля-Якоби, состоящий из медной и цинковой пластин, погруженных в растворы солей CuSO4 и ZnSO4, соответственно. Пока цепь разомкнута, на каждой из пластин устанавливается равновесие: Zn0 «Zn2+ + 2 e Cu0 «Cu2+ + 2 eПотенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, чем потенциал медного электрода, поэтому при замыкании внешней цепи, т.е. при соединении электродов металлическим проводником, избыточные электроны будут перемещаться с цинкового электрода на медный. В результате перехода электронов равновесие на цинковой пластине сместится вправо и в раствор перейдут новые количества ионов цинка. В то же время равновесие на медной пластине сместится влево и на поверхности пластины произойдет разряд ионов меди. Таким образом, при замыкании цепи возникают самопроизвольные процессы растворения цинка на цинковом электроде и осаждение меди на медном электроде. Движение анионов (SO42–) через солевой мостик замыкает электрическую цепь гальванического элемента. В гальваническом элементе электрод, на котором идут процессы окисления, называют анодом, ему присваивают отрицательный заряд (–). Электрод, на поверхности которого идут процессы восстановления катионов металла из раствора, называют катодом и ему присваивают положительный заряд (+). Гальванический элемент принято изображать в виде схемы: (–) Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu (+) анод катод Анодный процесс: А(–): Zn0 - 2 = Zn2+ Катодный процесс: К(+): Cu2+ + 2 = Cu0 Суммарная токообразующая Zn0 + Cu2+ = Zn2+ + Cu0 реакция: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu Главной характеристикой гальванического элемента является электродвижущая сила (э.д.с.) Е, равная разности электродных потенциалов катода и анода: Е = jк - jа. Если э.д.с. измеряют при стандартных условиях, то ее рассчитывают по стандартным электродным потенциалам. Так, для гальванического элемента Даниэля-Якоби E0 = j0Cu - j0Zn = 0,34 –(-0,76) = 1,1 В Если условия отличны от стандартных, то величины электродных потенциалов рассчитывают по уравнениям Нернста. Гальванический элемент из двух электродов, изготовленных из одного металла, но погруженных в растворы солей этого металла с различной концентрацией называют концентрационным. Анодом в таком элементе будет пластина в растворе с меньшей концентрацией (С1), катодом – пластина в растворе с более высокой концентрацией (С2). Электродвижущую силу такого элемента рассчитывают по формуле: E=0059*lg(C2/C1)...--------.......n Таким образом, концентрация первого раствора С1 будет постепенно увеличиваться, а второго раствора С2 – уменьшаться. Через некоторое время концентрации С1 и С2 станут одинаковыми, а э.д.с. – равной нулю.