Объяснение:
Для гальванического элемента принята следующая форма записи (на примере элемента Даниэля):
Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu,
где вертикальная линия | обозначает границу раздела фаз, а двойная вертикальная линия || - солевой мостик. Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом; электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом. Гальванический элемент принято записывать так, чтобы анод находился слева.
Электродные полуреакции принято записывать как реакции восстановления (таблица 12.1), поэтому общая реакция в гальваническом элементе записывается как разность между реакциями на правом и левом электродах:
Правый электрод: Cu2+ + 2e = Cu
Левый электрод: Zn2+ + 2e = Zn
Общая реакция: Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+
Потенциал E электрода рассчитывается по формуле Нернста:
,
где aOx и aRed - активности окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции; Eo - стандартный потенциал электрода (при aOx = aRed =1); n - число электронов, участвующих в полуреакции; R - газовая постоянная; T - абсолютная температура; F - постоянная Фарадея. При 25o C
Стандартные электродные потенциалы электродов измеряются относительно стандартного водородного электрода, потенциал которого принят равным нулю. Значения некоторых стандартных электродных потенциалов приведены в таблице 12.1.
Электродвижущая сила (ЭДС) элемента равна разности потенциалов правого и левого электродов:
E = EП - EЛ.
Если ЭДС элемента положительна, то реакция (так, как она записана в элементе) протекает самопроизвольно. Если ЭДС отрицательна, то самопроизвольно протекает обратная реакция.
Стандартная ЭДС равна разности стандартных потенциалов:
.
H₂, Pt/2H⁺
Cм(H⁺) = 1моль/л
Zn/Zn²⁺
Cм(Zn²⁺) = 0,01 моль/л
Найти: ЭДС -?
Решене:
Потенциал стандартного водородного электрода равен 0 В, потенциал цинкового электрода рассчитаем по уравнению Нернста:
E[Zn/Zn²⁺] = E°[Zn/Zn²⁺] + (R*T/z*F)* lnCм(Zn²⁺) =
= E°[Zn/Zn²⁺] + (0,059/z)* lg[Cм(Zn²⁺)] (для станд. условий)
E°[Zn/Zn²⁺] = -0,76В
z(Zn²⁺) = 2
E[Zn/Zn²⁺] = -0,076 + (0,059/2)* lg0.01 = -0,819 В
E[Zn/Zn²⁺] < E[H₂/2H⁺], значит цинковый электрод будет являться анодом.
ЭДС = Е(катода) - Е(анода) = 0 - (-0,819) = 0,819 В
Схема гальванического элемента (ГЭ):
А(-) Zn I Zn²⁺ (0.01M) II H⁺ (1M) II H₂,Pt (+)K
K(+) 2H⁺ + 2e = H₂ - восстановление
А(-) Zn - 2e = Zn²⁺ - окисление
ответ: ЭДС = 0,819 В