[Mg(2+)] = [Сd(2+)] =1 моль/л
В гальваническом элементе анодом становится металл, обладающего меньшим значением электродного потенциала, а катодом – металл с большим значением электродного потенциала. Магний в электрохимическом ряду напряжений стоит левее кадмия, значит, имеет меньшее значение электродного потенциала, чем кадмий. Следовательно, в гальваническом элементе магниевый электрод будет анодом, а кадмиевый – катодом.
Ео (Cd(2+)/Cd) = − 0,403 B
Eo(Mg(2+)/Mg) = – 2,362 B
Ео (Cd(2+)/Cd) > Eo(Mg(2+)/Mg)
Схема гальванического элемента
A(-) Mg | Mg(2+) (1M) || Cd(2+) (1M) | Cd K(+)
На аноде протекает процесс окисления, а на катоде – процесс восстановления.
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (-) Mg(0) – 2е = Mg(2+) | 1 – окисление на аноде
Катод (+) Cd(2+) + 2e = Cd(0) | 1 – восстановление на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение токообразующей реакции, которое в ионном виде, выражает происходящую в элементе реакцию.
Mg + Cd(2+) → Mg(2+) + Cd
Электродные потенциалы по уравнению Нернста при 298 К
Е (анода) = Е (Mg(2+)/Mg) = Ео (Mg(2+)/Mg) + (0,059/2)*lg[Mg(2+)] = − 2,362 + 0,0295*lg1 = − 2,362 + 0 = − 2,362 B
Е (катода) = Е (Cd(2+)/Cd) = Ео (Cd(2+)/Cd) + (0,059/2)*lg[Сd(2+)] = − 0,403 + 0,0295*lg1 = − 0,403 + 0 = − 0,403 B
ЭДС гальванического элемента
Е = Е (катода) – Е (анода) = − 0,403 − (− 2,362) = 2,765 В
При молярной концентрации ионов магния Mg(2+) и кадмия Сd(2+) равной 1 моль/л ЭДС гальванического элемента равна стандартной ЭДС гальванического элемента.
Ео = Ео (Mg(2+)/Mg) - Ео (Cd(2+)/Cd) = − 0,403 − (− 2,362) = 2,765 В
Если концентрации каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л, то ЭДС гальванического элемента не изменится.
Пусть [Mg(2+)] = [Сd(2+)] = 0,01 моль/л
Поскольку ионы магния Mg(2+) и кадмия Сd(2+) двухвалентны, то ЭДС гальванического элемента можно записать в виде
Е = Е (Mg(2+)/Mg) - Е (Cd(2+)/Cd) = Ео (Mg(2+)/Mg) - Ео (Cd(2+)/Cd) + (0,059/2)*lg([Mg(2+)]/[Сd(2+)]) = Ео + (0,059/2)*lg(0,01/0,01) = Ео + (0,059/2)*lg1 = Ео + 0 = Ео = 2,765 В
Это составляет 2,8/22,4 = 0,125 моль.
Тогда количество теплоты будет равно 0,125х484 кДж = 60,5 кДж