Question

Составить схему гальванического элемента, в котором электродами являются Cd и Ag, опущенные в растворы их солей с концентрацией ионов 1 моль/л. Определить какой металл является анодом, какой - катодом? Описать процессы, которые протекают на катоде и аноде, и вычислить ЭДС гальванического элемента.

Answer 1

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ “ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ”

(для нехимических специальностей)

1. Определите, какой из электродов является катодом в гальваническом элементе, образованном стандартными электродами:

Ag|Ag+ или Mn|Mn2+ ;

Co|Co2+ или Na|Na+.

Решение.

Катодом (т.е. электродом, на котором протекает процесс восстановления) в гальваническом элементе будет электрод, имеющий большее значение стандартного электродного потенциала (см. таблицу 4 приложения).

E0Ag|Ag+ = 0,799 В; E0Mn|Mn2+ = –1,179 В. В данной паре катодом является Ag|Ag+.

Схема гальванического элемента:

A (–) Mn|Mn2+ || Ag+ |Ag (+) K

E0Co|Co2+ = – 0,277 В; E0Na|Na+ = –2,714 В. В данной паре катодом является Co|Co2+ .

Cхема гальванического элемента:

A (–) Na|Na+ || Co2+| Co (+) K

2. На основании стандартных электродных потенциалов (таблица 4 приложения) определите, какой из следующих гальванических элементов имеет наибольшую ЭДС:

а) Zn|Zn2+ || Ni2+|Ni; б) Cd|Cd2+|| Ni2+|Ni

в) Al|Al3+|| Ni2+|Ni ; г) Mg|Mg2+|| Ni2+|Ni .

Решение.

ЭДС гальванического элемента можно рассчитать как разность потенциалов:

ЭДС = EК – ЕА

Данные гальванические элементы составлены из стандартных электродов, поэтому:

а) ЭДС = Е0 Ni|Ni2+ – Е0Zn|Zn2+ = – 0,250 – (–0,763) = 0,513 В;

б) ЭДС = Е0 Ni|Ni2+ – Е0Cd|Cd2+ = – 0,250 – (–0,403) = 0,153 В;

в) ЭДС = Е0 Ni|Ni2+ – Е0Al|Al3+ = –0,250 – (–1,663) = 1,413 В;

г) ЭДС = Е0 Ni|Ni2+ – Е0Mg|Mg2+ = –0,250 –(–2,363) = 2,113 В.

В случае г) ЭДС гальванического элемента будет наибольшей.

3. Вычислите электродный потенциал магния погруженного в раствор MgSO4 с концентрацией ионов Mg2+, равной 0,01 моль/л.

Вычисление электродного потенциала металла при любой концентрации его ионов (моль/л) в растворе производится по уравнению Нернста. Для магниевого электрода:

E = E0 + = –2,363 + = –2,422 В.

4. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух электродов: Ti | Ti2+ (0,01 моль/л) || Ni2+ (1 моль/л) | Ni.

ЭДС гальванического элемента можно рассчитать как разность потенциалов:

ЭДС = EК – ЕА

В данном гальваническом элементе катод - Ni2+ |Ni , а анод - Ti|Ti2+ .

Схема гальванического элемента:

А (–) Ti | Ti2+ || Ni2+ | Ni (+) К

Процессы на электродах:

(–) А: Ti – 2e- = Ti2+;

(+) K: Ni2+ + 2e- = Ni.

По уравнению Нернста рассчитываем значение электродного потенциала анода.

E Ti|Ti2+ = E0 Ti|Ti2+ + = –1,630 + = –1,689 В;

Значение электродного потенциала катода равно величине стандартного электродного потенциала никелевого электрода, так как концентрация ионов Ni2+ в растворе составляет 1 моль/л.

E Ni|Ni2+ = E0 Ni|Ni2+ = – 0,250 В;

ЭДС = –0,250 – ( –1,689) = 1,439 В.

5. Какой из следующих процессов протекает при электролизе водного раствора NaI на графитовом аноде?

а) Na – e- = Na+; б) 2I– – 2e- = I2 ;

в) 4OH– – 4e- = 2H2O + O2; г) 2H2O – 4e- = O2 + 4H+ ;.

При электролизе водных растворов солей в нейтральной среде на аноде возможны два процесса окисления:

1. процесс окисления анионов соли (кислотного остатка) :

2I– – 2e- = I2

2. процесс электрохимического окисления молекул воды:

2H2O – 4e- = O2 + 4H+.

В данном случае на аноде при электролизе будут окисляться иодид-анионы, т.к. для электрохимического окисления воды необходима большая положительная поляризация анода.

ответ: 2I– – 2e- = I2

6. Какое вещество и в каком количестве выделится на катоде при электролизе раствора Hg(NO3)2 (анод графитовый) в течение 10 минут при силе тока 8А?

При электролизе водных растворов солей в нейтральной среде на катоде возможно протекание двух восстановительных процессов. Один из них – восстановление катионов металла:

Hg2+ + 2e- = Hg .

Другой возможный процесс – восстановление водорода из молекул воды:

2H2O + 2e- = H2 + 2OH– .

В данном случае на катоде будут восстанавливаться катионы ртути, т.к. этот металл входит в группу малоактивных металлов, и для его восстановления необходима меньшая отрицательная поляризация электрода, чем для восстановления водорода.

На катоде: Hg2+ + 2e- = Hg;

Количество выделившейся ртути, согласно законам Фарадея, равно:

mHg = I t (сек)= · 8 · 600 = 5 г.

К следующему разделу

К оглавлению

© А.И. Хлебников, И.Н. Аржанова, О.А. Напилкова