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 ΔG0298.
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 ΔG0298 = -nFЕ,
ответ: 55,55 моль.