Учебное пособие для студентов 1 го курса фен

142 
9.5. 
Можно ли хранить водный раствор сульфата меди
(II
) в 
цинковом сосуде или раствор сульфата цинка в медном сосуде? 
Ответ обосновать. 
9.2. Гальванический элемент
 
Важной 
особенностью 
окислительно
-
восстановительных 
реакций является возможность пространственного разделения 
полуреакций в специальном устройстве –
гальваническом
 
элементе
, 
который состоит из двух 
электродов.
Электрод
–
часть электрохимической системы, содержащая 
сопряжѐнную 
Ox/Red
пару и металлический проводник.
Электрод, на котором идѐт полуреакция 
восстановления
, 
называется 
катодом
. Электрод, на котором идѐт полуреакция 
окисления
–
анодом
.
Из
-
за 
разности электродных потенциалов
(
∆Е
) в системе 
возникает 
электродвижущая сила
(
ЭДС
) элемента, которая 
способна 
совершать 
работу 
переноса 
электронов 
по 
металлическому 
проводнику 
за 
счѐт 
окислительно
-
востановительной реакции. ЭДС гальванического элемента 
измеряется в вольтах (В).
Для реакции, протекающей в гальваническом элементе, ЭДС 
элемента равна

Е = Е
к 

 
Е
а
и однозначно связана с 

r
G
реакции: 

r
G = 
–
 z
∙
F
∙

Е
,
 
где 
z 
–
число переносимых электронов, 
F
= 96484 Кл/моль, число 
Фарадея. 
Потенциал электрода (
Е
) рассчитывается по уравнению Нернста:
Е = Е
º
+ 
d
Ох
П
П
zF
RT
Re
ln
, 
где 
Е
о
–
стандартный
 
потенциал
 
электрода
(справочная 
величина), 
П
Ох
и 
П
Red
–
произведение концентраций (или 
парциальных давлений для газообразных компонентов) частиц, 
образующих окисленную и восстановленную формы 
Ox/Red
пары. 
При 
Т
= 298 
К, переходя к десятичным логарифмам, уравнение 
можно записать как:
Е
 = 
Е
º
 +
d
Ох
П
П
z
Re
lg
059
,
0
. 

143 
Стандартная ЭДС гальванического элемента 

Е
º
равна разности 
стандартных потенциалов: 

Е
º
 
= Е
º
К 

 
Е
º
А
и связана со стандартной 

r
G
о
: 

r
G
º
 = 

 zF

Е
º
Абсолютное значение потенциала, возникающего между 
металлическим проводником и раствором, в который он погружѐн, 
измерить невозможно. На практике измеряется только разность 
потенциалов между электродами в гальваническом элементе. Для 
водных растворов в качестве точки отсчета потенциалов 
используют 
водородный
 
электрод
. 
Полуреакция на электроде: 2Н
+
+ 2
е
= Н
2
. 
C
тандартный
 
потенциал
 
водородного
 
электрода
 
(С(Н
+
) = 1 
моль/л,
 
р
(
Н
2
)= 1 
атм)
 
принят
 
равным
 
нулю
 
при
 
любой
 
температуре:

Е
º
2Н
+
/Н
2
 = 0.
Величина 
Е
о
характеризует окислительно
-
восстановительные 
свойства сопряжѐнной пары 
Ox/Red
. Обычно в справочниках 
приводят значения 
Е
о
для процесса восстановления: 
Ox + ze 
= 
Red
. 
Чем больше
величина 
Е
º, тем сильнее
окислительные
свойства
Ox
и слабее восстановительные свойства 
Red
, и наоборот: чем 
меньше 
Е
º, тем слабее
Ox
и сильнее 
Red
.
Следует обратить внимание, что 
Е
º
 
относится к одному молю 
электронов (так же, как 
∆Е
и 
∆Е
º, которые не зависят от количества 
переносимых электронов 
z,
в отличие от 
∆
r
G
º
).
Используя 
Е
º, можно предсказывать направление О
-
В реакций 
в 
стандартных условиях
в любой комбинации полуреакций.
Задачи
 
Если специально не указана температура, то везде надо 
принимать Т = 298 К. 
 
9.6. 
Что такое водородный электрод? Какая полуреакция в нѐм 
протекает? Для какого процесса (полуреакции) и при каких 
условиях величина стандартного электродного потенциала принята 
за 0?
9.7. 
Запишите уравнение Нѐрнста для полуреакций:
а
) Cu
2+
+ 2e = Cu(
тв
); 
б
) H
+
+ e = 0,5H
2
(
г
); 

144 
в
) MnO
4
−
+ 8H
+
+ 5e = Mn
2+
+ 4H
2
O(
ж
). 
9.8. 
Рассчитать Е°
полуэлемента 
SO
4
2
–
+ 8e + 10H
+
= H
2
S + 4H
2
O, 
если
известны
Е°
для
: 
а
) S + 2e + 2H
+
= H
2
S E
°
= +0,14 B 
б
) SO
4
2
–
+ 6
е
+ 8
Н
+
= S + 4H
2
O E
°
= +0,36 B 
9.9. 
При какой концентрации 
Cu
2+
потенциал медного электрода 
равен нулю? (Т = 298 К)
9.10. 
Вычислить рН раствора, в котором потенциал водородного 
электрода равен:
а) –0,177 В;
б) –0,295 В.
Давление водорода р(Н
2
) = 1 атм. (Т = 298 К)
9.11. 
Вычислить потенциалы водородных электродов (
T = 25
°С; 
р(
H
2
) = 1 атм), погруженных в растворы кислот с рН = 2 и рН = 1. 
При каком отношении давлений Н
2
потенциалы станут равны? 
9.12. 
Вычислить потенциал электрода:
С
lO
3
–
+ 6e + 6H
+
= Cl
–
+ 3H
2
O, 
если концентрация С(
ClO
3
–
) = C(Cl
–
) = 1 моль/л и рН = 
7. 
9.13. 
В гальваническом элементе при 25
°С протекает реакция
Cu
2+
+ Zn = Zn
2+
+ Cu 
Для этой реакции Δ
G
°
298
= 
–212,72 кДж.
а) Написать полуреакции, протекающие на аноде и катоде.
б) Определить ЭДС элемента при концентрациях 
С(
Cu
2+
) = 0,1 моль/л и С(
Zn
2+
) = 0,01 моль/л. 
9.14. 
ЭДС элемента, состоящего из электродов: 
Sn 
в растворе 
SnCl
2
неизвестной концентрации и 
Pb 
в 1∙10
–
3
М растворе 
Pb(NO
3
)
2
при 25
°С равна 0,0395 В. 
а) Какие процессы могут протекать в элементе и каковы 
значения Δ
G 
и Δ
G
°
этих процессов?
б) Определить концентрацию 
SnCl
2
. 
9.15. 
Вычислить 
потенциал 
серебряного 
электрода, 
погруженного в насыщенный раствор 
AgI.
а) При какой концентрации 
Ag
+
потенциал электрода будет 
равен нулю?

145 
б) При какой концентрации 
I

потенциал электрода
будет равен 
нулю?
9.16. 
Серебряный электрод погружен в насыщенный раствор 
Ag
2
S
. Его потенциал Е = –0,18 В. Вычислить произведение 
растворимости К
L
для 
Ag
2
S.
9.17. 
В гальваническом элементе протекает реакция: 
PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb = 2PbSO
4
+ 2H
2
O. 
Определить:
а) стандартную ЭДС;
б) электродные потенциалы в условиях: С
0
(H
2
SO
4
) = 0,1 моль/л и 
количество каждого твѐрдого компонента составляет 2 моля. 
Принять, что 
H
2
SO
4
диссоциирует по обеим ступеням полностью.
9.18. 
Будет ли металлическое серебро выделять водород при 
взаимодействии: 
а) с серной кислотой;
б) с иодоводородной кислотой?
9.19. 
Гальванический элемент составлен из хлорсеребряного и 
каломельного электродов. Определить ЭДС элемента и реакцию, 
протекающую в элементе, учитывая,
что стандартный
потенциал 
каломельного электрода больше, чем хлорсеребряного на 0,046 В, а 
концентрация ионов 
Cl
–
для каломельного электрода в 100 раз 
больше, чем для хлорсеребряного (Т = 298 К). 
9.20. 
Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного 
из: 
а) стандартных хлорсеребряного и бромсеребряного электродов;
б) двух серебряных электродов, погруженных в насыщенные 
растворы 
AgCl 
и 
AgBr
, соответственно.
Написать реакцию, протекающую в элементе. 

жүктеу/скачать 6,53 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: