Правила схематической записи электрохимических элементов

Слева располагается электрод, имеющий более отрицательный по-

тенциал, справа – электрод, имеющий более положительное значение потенциала, по краям цепей записываются металлы (материал электро- да). Если между растворами находится солевой мостик, то растворы

обоих электродов отделяются двумя сплошными линиями.

Например:

(-) Pt, H 2  / HCl || CuCl 2  /  C u (+);

E

0

H + / H 2

= 0 B;

0

E

E

C u 2 + / Cu

= 0,337 B;

0

<

H + / H 2

0

E     .

C u 2 + / Cu

 

 

 

П р имер

Примеры решения задач

Согласно своему варианту:

1. Определите тип электродов.

2. Составьте гальванический элемент.

3. Запишите уравнения электрохимических реакций, протекающих на положительном и отрицательном электродах.

4. Запишите уравнение Нернста для каждого электрода.

5. Запишите выражение для ЭДС электрохимического элемента.

6. Рассчитайте значение ЭДС элемента.

Вариант 1.

Электрод	а, моль/л	E 0, B
Z n 2+  / Zn 0	0,005	-0,763
C d 2+  / Cd 0	2,0	-0,403

 

Вариант 2.

Электрод	а, моль/л	E 0, B
H + / H   (Pt) 2	0,1	0
- C l   / Hg 2 C l 2, Hg	1,0	+0,268

 

Вариант 3.

Электрод	а, моль/л	E 0, B
S 2- / P bS, Pb	0,2	-0,93
S n 4+ , Sn 2+  / Pt	a   4 +  = 0,25;   a   2 +  = 0,1 S n                                 Sn	+0,15

 

Р ешение:

 

 

Вариант 1.

1.  Определим тип электродов.

Оба электрода представляют собой металлы, погруженные в рас- твор, содержащие катионы этих металлов. Следовательно, оба электро-

да – это электроды первого рода: цинковый и кадмиевый.

2.  Составим гальванический элемент.

 

E

Z n 2 + / Zn

Так как

0

C d 2 + / Cd

>  E   0         , то цинковый электрод запишем слева,

а кадмиевый электрод – справа:

(-) Zn / Zn 2+  // Cd 2+  / Cd (+) .

3.  Запишем уравнения электрохимических реакций.

На отрицательном электроде – окисление на положительном электроде – восстановление

(-)

(+)

Zn 0  - 2 e =  Zn 2+  ,

C d 2+  + 2 e = C d 0.

4.  Запишем уравнение Нернста для каждого электрода.

 

E   2 +

Zn

 

 

/ Zn

 

= E

0

Z n 2 +

 

 

/ Zn

+  b   lg

2

a

a   2 +

Zn

a Zn

 

= E

0

Z n 2 +

 

 

/ Zn

+  b   lg a

2

 

 

Z n 2 +  , так как

 

 

a Zn

 

 

= 1;

 

= E

E   2+

 

0

2+

+  b   lg

   Cd 2 +

 

= E

0

2+

+  b   lg a

 

2+  , так как a

 

= 1 .

C d   / Cd

C d   / Cd    2

a Cd

C d   / Cd    2   C d                              Cd

5.  Запишем выражение для ЭДС электрохимического элемента.

 

E =  E

2+

Cd

 

 

/ Cd

 

-  E

2+

Z n   / Zn

 

= E

0

C d 2+

 

 

/ Cd

+  b   lg a

2+

- E

2   Cd

 

0

Z n 2+

 

 

/ Zn

-  b   lg a

2

 

±

Z n 2+  =

 

= E

0

C d 2+

 

 

/ Cd

 

0

Z n 2+

 

 

- E

/ Zn

+  b   lg

a   2 +

Cd  .

 

 

6.  Рассчитаем значение ЭДС элемента.

2   a   2+

±

Zn

b a   2 +

0,059

2,0

2+

E =  E   0

Cd

 

- E

/ Cd

0

Zn 2+

+

/ Zn

lg ± Cd      = -0,403 - (-0,763) +

±

2   a   2+

Zn

lg

2   0,005

= 0,437 B.

Вариант 2.

1.  Определим тип электродов.

Первый электрод представляет собой инертный металл (Pt), нахо- дящийся в контакте одновременно с газообразным водородом и ионами водорода – газовый (водородный) электрод; второй электрод представ- ляет собой металл (ртуть), покрытый малорастворимым соединением (каломелью), погруженный в раствор, содержащий хлорид-ионы, следо- вательно, это электрод второго рода (каломельный).

2.  Составим гальванический элемент.

 

Так как

0

E

>

C l - / Hg Cl, Hg

0

H + / H

 

 

(  P t)

 

, то водородный электрод запи-

E

2  2                                      2

шем слева, а каломельный электрод – справа:

+

(-) H   2 / H

// Cl -

/ Hg 2 C l 2,  H g (+) .

3.  Запишем уравнения электрохимических реакций.

H

2   2

На отрицательном электроде – окисление на положительном электроде – восстановление

(-)

1        - 1 e = H + ,

(+)

1   H g Cl

+1 e =  H g   0 +  C l - .

2     2  2

4.  Запишем уравнение Нернста для каждого электрода.

 

E   +

H   / H 2

 

+

=  E   0

H

 

 

/ H 2

+  b   lg

1

a    +

H

1

2

~ p

H

 

+

=  E   0

H

 

 

/ H 2

 

~ p

+  b   lg a   +

H

 

 

,  так как

 

1

H   2

2  = 1 ;

 

 

0

E   -                              =  E   -

2

 

 

+  b   lg

 

1

2

  aHg  Cl 

 

 

=  E   0

 

 

-  b   lg a   -

 

C l   / Hg 2 C l 2, Hg

 

C l   / Hg 2 C l 2, Hg

 

a Hg

2  2

×  a   -

Cl

 

-

0

C l   / Hg 2 C l 2, Hg

C l  ,

 

так как

 

a Hg

 

a

= 1,

1

2

H g 2 C l 2

 

= 1 .

5.  Запишем выражение для ЭДС электрохимического элемента.

E =  E   -

-  E   +

=  E   0

-  b   lg a

-  -  E   +

-  b   lg a   +

 

C l   / Hg 2 C l 2, Hg

 

H   / H 2

 

-

C l   / Hg 2 C l 2, Hg

 

C l         H

/ H 2                         H  .

6.  Рассчитаем значение ЭДС элемента.

E = 0,268 - 0,059lg1,0 - 0 - 0,059lg 0,1 = 0,327 B.

Вариант 3.

1.  Определим тип электродов.

Первый электрод представляет собой металл (свинец), покрытый малорастворимым  соединением  (сульфидом  свинца),  погруженный  в

раствор, содержащий сульфид-ионы, следовательно, это электрод вто-

рого рода – свинецсульфидный; второй электрод представляет собой инертный металл (Pt), погруженный в раствор, содержащий окисленную и восстановленную формы ионов олова, следовательно, этот электрод – окислительно-восстановительный (оловянный).

2.  Составим гальванический элемент.

S   / PbS, Pb

0

Так как

E   4+   2+

S n  , S n   (  P t)

>  E 2-                  , то свинецсульфидный электрод

запишем слева, а оловянный электрод – справа:

(-) P b, PbS / S 2-  // Sn 2+ , Sn 4+  / Pt (+).

3.  Запишем уравнения электрохимических реакций.

На отрицательном электроде – окисление

на положительном электроде – восстановление

(-)

(+)

P b   0 +  S 2-  - 2 e =  P b S,

S n 4+  + 2 e = S n 2+ .

4.  Запишем уравнение Нернста для каждого электрода.

 

E 2-

S

 

 

/ PbS, Pb

 

0

S 2-

 

 

/ PbS, Pb

+  b   lg

   aPb S

 

= E

0

S 2-

 

 

/ PbS, Pb

-  b   lg a

S

 

 

2-  ,

 

так как

 

a Pb

 

= E

= 1,

 

a P b S

 

= 1 .

2   a Pb

× a 2-                                                         2

S

 

E   4+    2+

 

= E

0

4+    2+

+  b   lg

a   4 +

Sn 

.

S n  , S n

/ Pt

S n  , S n

/ Pt

2    a S n 2+

5.  Запишем выражение для ЭДС электрохимического элемента.

 

E =  E   4+    2+

 

= E

-  E 2-

 

0

4+    2+

+  b   lg

a   4 +

Sn

 

0

- E

2-

+  b   lg a

 

 

2-  .

S n  , Sn

/ Pt

S   / PbS, Pb

S n  , Sn

/ Pt

2   a S n 2+

S   / PbS, Pb    2      S

6.  Рассчитаем значение ЭДС элемента.

E = 0,15 +   0, 05 9  lg 0, 2 5  - (-0,93) +   0, 05 9  lg 0,2 = 1,07 B.

2    0,1                    2

Задачи для самостоятельного решения

 

Согласно своему варианту:

1. Определите тип электродов.

2. Составьте гальванический элемент.

3. Запишите уравнения электрохимических реакций, протекающих на положительном и отрицательном электродах.

4. Запишите уравнение Нернста для каждого электрода.

5. Запишите выражение для ЭДС электрохимического элемента.

6. Рассчитайте значение ЭДС элемента.

 

Вариант	Электрод	а, моль/л	E 0, B
1	Z n 2+  / Zn 0	0,01	-0,763
	C l - / AgCl, Ag	0,02	+0,222
2	- C l   /  C l 2 (P t  )	0,09	+1,360
	F e 3+ , Fe 2+  / Pt	a   3 +  = 1,5; a   2 +  = 0,5 F e                         Fe	+0,77
3	P b 2+  / Pb 0	0,02	-0,126
	- C l   / Hg 2 C l 2, Hg	0,03	+0,268
4	C d 2+  / C d 0	0,05	-0,403
	- C l   /  C l 2 (P t  )	0,1	+1,360
5	C u 2+  / C u 0	0,07	+0,337
	S n 4+ , Sn 2+  / Pt	a   4 +  = 0,5;   a   2 +  = 0,2 S n                             Sn	+0,15
7	+ H   / H 2 (P t  )	0,07	0
	2- SO 4  / HgSO 4, Hg	0,15	+0,615
8	F e 3+ , Fe 2+  / Pt	0,01	+0,77
	B r - / AgBr, Ag	0,05	+0,071
9	P b 2+  / Pb 0	0,3	-0,126
	S 2-  / HgS, Hg	0,6	-0,69
10	C d 2+  / C d 0	1,0	-0,403
	C l - / AgCl, Ag	0,05	+0,222
11	C o 2+  / Co	0,6	-0,277
	O H - / HgO, Hg	0,01	+0,098
12	C d 2+  / C d 0	0,05	-0,403
	B r - / AgBr, Ag	0,01	+0,071
6	A g +  / Ag 0	0,07	+0,799
	S n 4+ , S n 2+  / Pt	a   4 +  = 0,15;   a   2 +  = 0,3 S n                                 Sn	+0,15
13	+ H   / H 2 (P t  )	0,01	0

 

	B r - / AgBr, Ag	0,90	+0,071
14	P b 2+  / Pb 0	1,0	-0,126
	- C l   /  C l 2 (P t  )	0,5	+1,36
15	S 2-  / HgS, Hg	0,07	-0,69
	Z n 2+  / Zn 0	0,15	-0,763
16	+ H   / H 2 (P t  )	0,5	0
	- B r   / Hg 2 B r 2, Hg	0,05	0,14
17	S n 4+ , Sn 2+ / Pt	a   4 +  = 0,4;   a   2 +  = 0,2 S n                             Sn	+0,15
	- C l   /  C l 2 (P t  )	0,06	+1,360
18	+ H   / H 2 (P t  )	0,1	0
	F e 3+ , Fe 2+  / Pt	a   3 +  = 0,5; a   2 +  = 0,25 F e                         Fe	+0,77
19	C o 2+  / Co	0,6	-0,277
	S 2-  / FeS, Fe	0,03	-0,95
20	2- SO 4  / HgSO 4, Hg	0,02	+0,615
	- C l   /  C l 2 (P t  )	0,6	+1,360
21	A g +  / Ag 0	0,5	+0,799
	S 2-  / HgS, Hg	0,25	-0,69
22	P b 2+  / Pb 0	0,5	-0,126
	2- S O 4  / Ag 2 S O 4, Ag	0,25	+0,654
23	C l - / AgCl, Ag	0,01	+0,222
	C o 2+  / Co	0,5	-0,277
24	C d 2+  / C d 0	0,25	-0,403
	A g +  / Ag 0	0,55	+0,799
25	Z n 2+  / Zn 0	0,1	-0,763
	C u 2+ , C u +  / Pt	a   2 +  = 1,5; a   +  = 0,5 C u                         Cu	+0,153
26	B r - / AgBr, Ag	0,10	+0,071
	F e 3+ , Fe 2+  / Pt	a   3 +  = 1,5; a   2 +  = 0,5 F e                         Fe	+0,77
27	C o 2+  / Co	0,70	-0,277
	2- SO 4  / HgSO 4, Hg	0,50	+0,615
28	C l - / AgCl, Ag	0,60	+0,222
	F e 2+  / Fe	0,1	-0,440
29	Hg 2+  / Hg	0,05	+0,854
	+ H   / H 2, Pt	0,45	0
30	Z n 2+  / Zn 0	0,50	-0,763
	S 2-  / HgS, Hg	0,25	-0,69

 

 

122

Х ИМИ ЧЕСКАЯ КИНЕТИКА