Электродные потенциалы. Гальванические элементы
Пример 1. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, суммарные ионно-молекулярное и молекулярное уравнения этих процессов, протекающих в гальваническом элементе, схема которого:
Ni │ NiSO4 ║ CoSO4 │ Co (0,001 M) (1 M)
(В скобках приведены молярные концентрации растворов соответствующих солей). Вычислите величину электродвижущей силы (ЭДС) гальванического элемента.
Решение. Рассчитаем величины электродных потенциалов по уравнению Нернста:
,
где – стандартный электродный потенциал (см. в Приложении: табл. 6; = –0,25 В; = –0,28 В).
= –0,25 + ·(–3) = –0,34 В. = –0,28 + ·0 = –0,28 В.
На электроде, имеющем меньший потенциал, происходит отдача электронов, т. е. окисление. Этот электрод называется анодом. Поскольку < , анодом является никелевый электрод. На электроде, имеющем больший потенциал, происходит принятие электронов, т. е. восстановление. Этот электрод называется катодом. Им является кобальтовый электрод. Процессы, протекающие в гальваническом элементе:
Анод Ni – 2 = Ni2+ Катод Co2+ + 2 = Co Ионно-молекулярное уравнение: Ni + Co2+ = Ni2+ + Co Молекулярное уравнение: Ni + CoSO4 = NiSO4 + Co
ЭДС = E(к) – E(а) = –0,28 – (–0,34) = 0,06 В.
Пример 2. В каком направлении может самопроизвольно протекать реакция
2Bi + 3CdCl2 2BiCl3 + 3Cd
Составьте схему гальванического элемента, в котором протекает эта реакция. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное ионно-молекулярное уравнение. Определите ЭДС при концентрациях потенциалообразующих ионов в анодном и катодном пространстве, равных 1 .
Решение. Окислительно-восстановительная реакция возможна, если потенциал предполагаемого окислителя больше потенциала предполагаемого восстановителя: Eокисл > Eвосст. Для прямой реакции
окислителем должен являться ион Cd2+, а восстановителем – металлический висмут . Однако соотношение их электродных потенциалов: = –0,40 В < = +0,22 В, т.е. электродный потенциал предполагаемого окислителя оказывается меньше потенциала предполагаемого восстановителя: Eокисл < Eвосст. Прямая реакция невозможна. Для обратной реакции окислителем оказывается ион Bi3+, а восстановителем – металлический кадмий , т.е. Eокисл > Eвосст. Возможно самопроизвольное протекание обратной реакции
2BiCl3 + 3Cd = 2Bi + 3CdCl2
В гальваническом элементе на аноде (Cd) протекает процесс окисления кадмия, а на катоде (Bi) – процесс восстановления ионов Bi3+:
Анод Cd – 2 = Cd2+ │ 3 Катод Bi3+ + 3 = Bi │ 2 2Bi3+ + 3Cd = 2Bi + 3Cd2+
Схема гальванического элемента:
(А) Cd │ CdCl2 ║ BiCl3 │ Bi (К)
ЭДС = E(к) – E(а) = – = +0,22 – (–0,40) = 0,62 В.
|