Примеры решения задач. Пример 1. Вычислите ЭДС и определите направление тока во внешней цепи данного гальванического элемента:

Пример 1. Вычислите ЭДС и определите направление тока во внешней цепи данного гальванического элемента:

Fe │FeSO₄║AgNO₃│Ag, учитывая, что концентрация ионов Fe²⁺ и Ag⁺ соответственно равна 0,1моль/л и 0,01моль/л.

Р е ш е н и е. 1) Составляем схему гальванического элемента и указываем концентрацию ионов Fe²⁺ и Ag⁺ в растворах электролитов:

Fe │FeSO₄║AgNO₃│Ag

C _Fe2+ = 10^-1 моль/л и С _Ag+ = 10^-2 моль/л.

2) Пользуясь уравнением Нернста, вычисляем значения электродных потенциалов железа и серебра в растворах заданной концентрации:

E_Fe²⁺/_Fe⁰ = E⁰ _Fe²⁺/_Fe⁰ + (0,059/2) lg C_Fe²⁺ = – 0,44 + (0,059/2) lg10^-1 = – 0,47B,

E_Ag⁺/_Ag⁰ = E⁰ _Ag⁺/_Ag⁰ + 0,059) lg C_Ag⁺ = + 0,80 + 0.059 lg10^-2 = + 0,68 В

E_Fe²⁺/_Fe⁰ < E_Ag⁺/_Ag⁰, следовательно, более активным металлом является железо, оно будет отрицательным электродом – анодом, а серебро – катодом.

Таким образом, Fe – анод (А) и Fe – восстановитель, Ag – катод.

3) Указываем направление движения электронов во внешней цепи, учитывая, что электроны движутся от анода к катоду:

(–)Fe │FeSO₄║AgNO₃│Ag(+)

4) Составляем электронные уравнения процессов, протекающих на электродах, учитывая, что на аноде происходит окисление атомов железа, а на катоде – восстановление ионов серебра:

(-) (А) Fe⁰ – 2e → Fe²⁺ 1– процесс окисления

(+) (K) Ag⁺ + e → Ag⁰ 2 – процесс восстановления

Fe⁰ +2 Ag⁺ → Fe²⁺ +2 Ag⁰

5) Записываем молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции, лежащей в основе работы гальванического элемента:
Fe⁰ + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag⁰↓

6) Рассчитываем ЭДС гальванического элемента:

Е_эдс = Е_К – Е_А = E _Ag⁺/_Ag⁰ – E _Fe²⁺/_Fe⁰ = 0,68 – (-0,47) = 1,15 В.

Пример 2. Будет ли магний взаимодействовать с раствором сульфата никеля.

Р е ш е н и е. Для решения этой задачи необходимо сравнить стандартные электродные потенциалы магния и никеля:

E⁰_Mg2+/Mg0 = – 2,34В, E⁰_Ni2+/Ni0 = – 0,25В

Магний – металл, имеющий более отрицательное значение стандартного электродного потенциала и поэтому являющийся более сильным восстановителем. Следовательно, магний будет подвергаться окислению под действием ионов никеля, и электроны от магния будут переходить к никелю:

Mg⁰ – 2e → Mg²⁺

Ni²⁺ +2 e → Ni⁰

Mg⁰ + Ni²⁺ → Mg²⁺ + Ni⁰

Mg + NiSO₄ = MgSO₄ + Ni