2.4. Электродвижущая сила гальванического элемента

Задача 2.4: Рассчитайте величину электродвижущей силы для двух указанных гальванических элементов (см. табл. 5), сравните ее значения. На основании уравнений электродных процессов запишите схемы гальванических элементов и составьте уравнения токообразующих реакций. Концентрация электролитов 0.01 моль/л.

Таблица 5 – Варианты заданий

	Гальванические элементы
a	Ni/NiCl2 и Al/AlCl3	Co/CoCl2 и Al/AlCl3
b	Cr/CrCl3 и Ni/NiSO4	Cr/CrCl3 и Co/CoCl2
c	Zn/ZnSO4 и Ag/AgNO3	Fe/FeSO4 и Ag/AgNO3
d	Fe/FeSO4 и Zn/ZnSO4	Fe/FeSO4 и Ni/NiSO4
e	Cu/Cu(NO3)2 и Pb/Pb(NO3)2	Cr/CrCl3 и Cu/Cu(NO3)2
f	Ni/NiSO4 и Sn/SnCl2	Ni/NiSO4 и Cu/Cu(NO3)2
g	Mg/MgSO4 и Sn/SnSO4	Al/Al2(SO4)3 и Mg/MgCl2
h	Cr/CrCl3 и Fe/FeSO4	Al/AlCl3 и Mg/MgSO4
i	Hg/HgCl2 и Cu/CuSO4	Mn/MnSO4 и Hg/Hg(NO3)2
j	Cu/CuSO4 и Sn/SnCl2	Mg/MgSO4 и Sn/SnSO4
k	Ag/AgNO3 и Cu/CuSO4	Sn/SnCl2 и Ni/NiSO4
l	Ni/NiSO4 и Sn/SnCl2	Au/Au(NO3)3 и Cu/Cu(NO3)2
m	Zn/ZnSO4 и Ag/AgNO3	Ni/NiSO4 и Zn/ZnSO4
n	Ni/NiSO4 и Sn/SnSO4	(Pt)H2/H2SO4 и Zn/ZnSO4
o	Pb/Pb(NO3)2 и Fe/FeSO4	Cr/CrCl3 и Cu/Cu(NO3)2
p	Al/AlCl3 и Zn/ZnCl2	Fe/FeSO4 и Ag/AgNO3

При решении задачи используйте ряд СЭП и уравнение Нернста.

Помните, что анод – это электрод с меньшим потенциалом, а катод – с большим.

Примеры решения задачи:

Пример 1: Рассчитать электродвижущую силу (ЭДС) гальванического элемента, составленного из серебряного Ag/Ag⁺ и железного Fe/Fe²⁺ электродов при [Ag⁺] = 0.01 моль/л и [Fe²⁺] = 0.1 моль/л.

ЭДС гальванического элемента (Е) численно равна разности электродных потенциалов при разомкнутой цепи: Е = Δφ = φ_катода – φ_анода.

По формуле Нернста рассчитаем значения электродных потенциалов:

Электрод Fe/Fe²⁺ является анодом, Ag/Ag⁺ - катодом.

Е = 0.672 – (-0.47) = 1.152 В.

Электродные процессы:

Анод (-): Fe – 2e = Fe²⁺ (окисление – анодный процесс)

Катод (+): Ag⁺ + 1e = Ag (восстановление – катодный процесс)

Уравнение токообразующей реакции:

Fe + 2Ag⁺ = Fe²⁺ + 2Ag

Fe + 2AgNO₃ = Fe(NO₃)₂ + 2Ag

Схема гальванического элемента:

A(-): Fe/FeSO₄ || AgNO₃/Ag :(+)K

Пример 2: Рассчитать ЭДС концентрационного гальванического элемента, составленного из стандартного никелевого электрода и никелевого электрода при концентрации ионов Ni²⁺, равной 1∙10^-4 моль/л.

Е = Δφ = φ_катода – φ_анода.

В концентрационном гальваническом элементе разность потенциалов обусловлена разной концентрацией электролита. Стандартный никелевый электрод является катодом, а никелевый электрод с меньшей концентрацией ионов Ni²⁺ является анодом (φ₁>φ₂).

Е = -0.25 – (-0.368) = 0.118 В.

Схема гальванического элемента:

A (-): Ni/NiSO₄ (1∙10^-4 моль/л) || NiSO₄ (1 моль/л)/Ni :(+) K