Задача n 157

Составьте схему гальванического элемента, напишите электронные уравнения электродных процессов и суммарное уравнение соответствующей окислительно-восстановительной реакции. Вычислите концентрацию раствора электролита или ЭДС.

Номер задачи	Ме-талл 1-го элек-трода	Электролит 1-го электрода	Концентрация электролита 1-го электрода, моль/л	Ме-талл 2-го элек-трода	Электролит 2-го электрода	Концентрация электролита 2-го электрода, моль/л	ЭДС, В
157	Hg	HgCl2	0,01	Al	AlCl3	1,00	?

Решение

Гальванический элемент - это электрохимическая система, в которой энергия окислительно-восстановительной реакции трансформируется в электрическую энергию, т.е. такая система служит в качестве химического источника тока.

Анодный процесс заключается в окислении металла, характеризующегося более отрицательной величиной электродного потенциала Е⁰, в катодном процессе участвует частица-окислитель, присутствующая в катодном электролите.

Для металлов, приведенных в условии задачи:

Электрод
Al^3+, Аl	-1,662
Нg^2+, Нg	+0,854

Более отрицательной величиной электродного потенциала характеризуется металл Аl, поэтому именно он и будет участником анодного процесса.

Металл анода окисляется, что можно представить в виде электронного уравнения вида:

Ме⁰ - m e^- = Me^m+

Для данного металла:

Аl ⁰ - 3 e^- = Аl ³⁺

Катодный процесс заключается в восстановлении катионов металла, входящих в состав соли – электролита катода.

Соответствующее электронное уравнение имеет вид:

Meⁿ⁺ + n e^- = Me⁰

Для системы, описанной в условии задачи:

Нg²⁺ + 2e^- = Нg ⁰

Электрохимическая схема - это условная запись, в которой представлена информация о аноде и катоде с указанием металлов, состава электролитов, а также особенностях конструкции данного

гальванического элемента:

Металл I | Электролит I || Электролит II | Металл II

(с более .. (с менее

отриц.Е⁰) отриц.Е⁰)

Анод катод

Для рассматриваемого в задаче гальванического элемента электрохимическая схема имеет вид:

Аl | AlCl₃ || HgCl₂| Нg

а н о д к а т о д

Чтобы вычислить ЭДС гальванического элемента, необходимо найти разность потенциалов катода и анода:

ЭДС = Е _катода - Е _анода

Каждый из указанных потенциалов можно вычислить по формуле Нернста:

где Е⁰ – стандартный электродный потенциал металла анода или катода, n - число электронов, отдаваемых восстановителем или принимаемых окислителем, С - концентрация электролита, моль/л.

Следовательно, ЭДС гальванического элемента может быть представлена следующей формулой:

ЭДС = (Е_{мет. катода +} lg C_{эл-та катода}) _– (Е_{мет. анода +} lgC_{эл-та анода)}

Подставляем численные данные условия задачи и производим необходимые вычисления:

Е_{мет. катода = 0.854 В}

C_{эл-та катода =} 1 моль/л

lg C_{эл-та катода = 0}

n =2 для катодного процесса)

Е_{мет. анода =} -1.662 В

C_{эл-та анода =} 0.01 моль/л

lgC_{эл-та анода = …….….}

n = 3(для анодного процесса)

ЭДС = (0.854+ 0) – (-1.662 + -2)

ЭДС = 2.549