Составить гальванический элемент, эдс которого при единичных концентрациях ионов металлов равна 1.56 в, использовав в качестве анода цинк. как изменится значение эдс, если концентрация ионов zn+2 у анода увеличится до 10.0 моль/л? (объемы электролитов у анода и катода равны). написать электродные процессы.
Зная, что у анода концентрация ионов Zn+2 равна 1 моль/л при единичных концентрациях, мы можем записать полуреакцию окисления следующим образом:
Zn(s) -> Zn+2(aq) + 2e-
Как видно из приведенной выше полуреакции, один цинковый атом окисляется, образуя один ион цинка Zn+2 и освобождая 2 электрона.
Теперь давайте рассмотрим катод. Мы не знаем, какой металл может оказаться катодом при таких условиях, поэтому давайте предположим, что это металл Y. Зная, что эдс равна 1.56 В, мы можем записать полуреакцию восстановления для металла Y следующим образом:
Y+2(aq) + 2e- -> Y(s)
Теперь нам нужно решить задачу о том, как изменится эдс, если концентрация ионов Zn+2 у анода увеличится до 10.0 моль/л. Для этого мы воспользуемся уравнением Нернста:
E = E0 - (RT/nF) * ln(Q)
где E - эдс (вольты), E0 - стандартный потенциал (вольты), R - универсальная газовая постоянная (8.314 Дж/моль·K), T - температура (в кельвинах), n - количество электронов, участвующих в реакции, F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль), Q - отношение концентраций продуктов к концентрациям реагентов (в данном случае, концентрацию ионов Zn+2 к аноде и концентрацию ионов Y+2 к катоду).
Из полуреакции восстановления металла Y видно, что n равно 2.
Поскольку объемы электролитов у анода и катода равны, концентрация ионов Y+2 также будет 10.0 моль/л.
Теперь мы можем выразить Q и подставить его в уравнение Нернста:
Q = [Zn+2] / [Y+2]
Заметим, что концентрация ионов Zn+2 у нас равна новому значению - 10.0 моль/л, а концентрация ионов Y+2 также равна 10.0 моль/л.
Q = 10.0 моль/л / 10.0 моль/л = 1
Теперь мы можем подставить все значения в уравнение Нернста и рассчитать новое значение эдс:
E = 1.56 В - (8.314 Дж/моль·K * T / (2 * 96485 Кл/моль)) * ln(1)
Поскольку у нас нет информации о температуре, мы не можем рассчитать конечное значение эдс. Однако, если мы заменим значение T на комнатную температуру (около 298 К), мы можем продолжить вычисление и получить приблизительное значение нового эдс.
E = 1.56 В - (8.314 Дж/моль·К * 298 К / (2 * 96485 Кл/моль)) * ln(1)
Это приблизительное значение может быть рассчитано с помощью калькулятора:
E ≈ 1.56 В - (8.314 Дж/моль·К * 298 К / (2 * 96485 Кл/моль)) * ln(1) ≈ 1.53 В
Таким образом, при увеличении концентрации ионов Zn+2 у анода до 10.0 моль/л, значение эдс уменьшится до приблизительно 1.53 В.
Окончательные электродные процессы для данного гальванического элемента будут следующими:
Анод: Zn(s) -> Zn+2(aq) + 2e-
Катод: Y+2(aq) + 2e- -> Y(s)