Question

Что является окислителем и восстановителем в гальваническом элементе, составленном из олова и меди, которые погружены в 1 М растворы их солей? Составьте схему и напишите электродные процессы гальванического элемента. Рассчитайте ЭДС.

Answer 1

Устройства, в которых энергия окислительно-восстановительных реакций превращается в электрическую, называются гальваническими элементами.

Всякий гальванический элемент состоит из двух электродов – металлов, погруженных в растворы электролитов; последние сообщаются друг с другом обычно через пористую перегородку. Электрод, на котором происходит процесс окисления, называется анодом; электрод, на котором осуществляется восстановление – катодом.

Схематически гальванический элемент, в основе работы которого лежит реакция

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu,

изображается следующим образом:

ZnZnSO4CuSO4Cu,

или в ионном виде:

ZnZn+2Cu+2Cu.

На электродах протекают следующие процессы:

анодный: Zn – 2е = Zn+2;

катодный: Cu+2 + 2е = Cu;

токообразующая реакция: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu.

ЭДС (Е) элемента равна разности равновесных потенциалов положительного (Ек) и отрицательного (Еа) электродов:

Е = Ек - Еа.

Пример 1. Определите возможность протекания реакции в гальваническом элементе

Fe+Cd2+=Fe 2++Cd.

Используйте стандартные потенциалы и значение G0298.

Решение. Составим гальванический элемент, отвечающий этой реакции:

(–) FeFe 2+Cd2+Cd(+);

анодная реакция: Fe – 2е = Fe 2+;

катодная реакция: Cd2+ + 2е = Cd.

Пользуясь табл. 8, определим ЭДС гальванического элемента:

Е = Ек – Еа= –0,40 – ( –0,44) = 0,04 В.

Изменение величины энергии Гиббса связано с величиной ЭДС элемента соотношением G0298 = -nFЕ,

где n – число электронов, принимающих участие в реакции;

F – постоянная Фарадея, F= 96500 Кл/моль;

Е – ЭДС гальванического элемента.

G0298= – 2965000,04 = –7720 Дж .

Так как G0298  0 , данную реакцию можно осуществить в направлении слева направо