Запишите уравнения процессов, идущих на аноде и катоде и уравнение токообразующей реакции (ТОР) при работе Вашего ГЭ.

Уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде в работающем Cu/Cl₂ ГЭ и уравнение токообразующей реакции:

 

А: Cu → Cu²⁺ + 2е - окисление

К: Cl₂ + 2е → 2Cl^- - восстановление

ТОР: Cu + Cl₂ → Cu²⁺ + 2Cl ^-

 

3. Рассчитайте ЭДС (Е⁰ _Э) и максимальную электрическую работу (W) ГЭ при с.с. и 298 К.

D _f G ⁰_Cu² = 65,03 кДж/моль; D _f G ⁰ _Cl- = -131,17 кДж/моль;

D _f G ⁰ _Cu= 0; D _f G ⁰ _Cl2 = 0

по закону Гесса, рассчитаем энергию Гиббса и ЭДС данного элемента при с.с. и 298 К:

D G ⁰_ТОР = D _f G ⁰_Cu² + 2D _f G ⁰ _Cl- - D _f G ⁰ _Cu - D _f G ⁰ _Cl2 =

= 65,03+ 2^. (-131,17) - 0 - 0 = -197,31 кДж.

 

Е ⁰_Э = - D G ⁰_ТОР / nF = - (-197310)/ (2^. 96500) = 1,022 B.

 

или Е ⁰_Э= Е ⁰_К - Е ⁰_А = Е ⁰ _{Cl2 /Cl -} - Е ⁰ _Cu²⁺/_Cu = 1,359- 0,337 = 1,022 В.

 

Максимальная электрическая работа гальванического элемента при с.с.

и 298 К:

W = - D G ⁰_ТОР = 197,31 кДж.

 

4. Рассчитайте ЭДС (Е _Э) и максимальную электрическую работу

(W) Вашего ГЭ при уменьшении активности потенциалопределяющих ионов анода (a _i) в 100 раз (активность ионов катода и парциальное давление газов считать стандартными, Т =298 К).

Рассчитаем ЭДС гальванического элемента Cu/Cl₂ по уравнению Нернста

при 298 К; стандартном состоянии катода (Cl₂ /Cl ^- - электрода,

_Cl2= 10⁵ Па/10⁵ Па = 1, а _Cl- = 1 моль/л);

при уменьшении активности потенциалопределяющих ионов анода (Cu²⁺/Cu - электрода) в 100 раз, т.е. а _Cu²⁺ =0,01 моль/л:

Е _Э = 1,022 + lg = 1,022+ 0,118 = 1,14В.

Максимальная электрическая работа ГЭ при этих условиях:

W = - D G _ТОР = Е _Э ^. nF = 1,14^.2^.96500=74112 Дж=220084 кДж.

 

Покажите ход поляризационных кривых в гальваническом элементе. Объясните, почему меняется значение потенциалов анода и катода при работе гальванического элемента, почему напряжение ГЭ не равно ЭДС.

Равновесные потенциалы электродов и ЭДС могут быть определены в условиях отсутствия тока в цепи. В работающем ГЭ при прохождении электрического тока уменьшается концентрация исходных реагентов и увеличивается концентрация продуктов реакции. Поэтому в соответствии с уравнением Нернста ЭДС элемента уменьшается. Кроме того возрастает поляризация электродов – потенциал анода становится менее отрицательным, потенциал катода – менее положительным. Помимо этого возникают омические потери. В результате напряжение гальванического элемента меньше ЭДС:

U = Е _Э - I ^. R - D Е _А -D Е _К,

U - напряжение; Е _Э - ЭДС; I - ток; R – сопротивление;

D Е _А ,D Е _К - поляризация анода, катода.

Изменение потенциалов электродов под действием тока отражают поляризационные кривые:

ЭДС – максимально возможная разность потенциалов между катодом и анодом, в отсутствие тока в цепи.

При протекании тока в ГЭ его напряжение всегда меньше ЭДС, потенциал анода становится более положительным, (поляризация анода D Е_А> 0)

потенциал катода – более отрицательным вследствие поляризации, D Е_K< 0.