Гальванические элементы

Пример 1. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погруженного в 0,02 М раствор нитрата свинца.. Вычислите ЭДС элемента при 25 °С, напишите уравнения электродных процессов, составьте схему элемента.

Решение. Чтобы вычислить ЭДС элемента, необходимо вначале вычислить электродные потенциалы по уравнению Нернста:

Из табл. П6 находим значение j°, а затем подставляем в уравнения и рассчитываем.

Поскольку ,то на свинцовом электроде будет протекать процесс восстановления:

Pb²⁺ + 2e = Pb.

На цинковом электроде будет протекать процесс окисления:

Zn=Zn²⁺ + 2e.

Схема рассматриваемого гальванического элемента имеет следующий вид: Zn/Zn(NO₃)₂

(0,1M)//Pb(NO₃)₂(0,02M)/Pb.

Находим ЭДС элемента:

= –0,176– (–0,791)= 0,615 В.

Пример 2. Вычислите активность ионов Н⁺ в растворе, в котором потенциал водородного электрода при 25 °С равен –82 мВ.

Решение. Поскольку j° для водородного электрода принят за ноль, то уравнение Нернста для водородного электрода будет иметь вид

.

Из данного уравнения находим

откуда .

Контрольные вопросы

276. Вычислите электродный потенциал системы Cu/0,2н. CuSO₄ при 25 °С, если степень диссоциации сульфата меди равна 40 %.
Ответ: 0,300 В.

277. Гальванический элемент состоит из металлического серебра, погруженного в 0,1н. раствор нитрата серебра, и металлического кадмия, погруженного в 0,02н. раствор сульфата кадмия. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 1,201 В.

278. Потенциал электрода Рt, H₂/ [NaOH] = x моль/л. при 25 °С равен -767 мВ. Каковы молярная концентрация раствора едкого натра и его титр? Ответ: 0,1 моль/л; 0,004 г/см³ .

279. Гальванический элемент состоит из металлического алюминия, погруженного в 0,006 н. раствор сульфата алюминия, и металлической меди, погруженной в 0,04 н. раствор нитрата меди. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 2,008 В.

280. Укажите схему свинцового аккумулятора и напишите электродные реакции, которые протекают на электродах при его зарядке и разрядке.

281. Гальванический элемент состоит из металлического железа, погруженного в 0,02 н. раствор сульфата железа (II), и металлического золота, погруженного в 0,01н. раствор хлорида золота (I). Составьте схему элемента, напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 2,062 В.

282. Потенциал электрода Pt, H₂ / раствор HCl неизвестной концентрации при 25 °С равен –118 мВ. Определите молярную концентрацию раствора соляной кислоты и вычислите его титр. Ответ: 0,01 моль/л; 0,000365 г/см³.

283. Гальванический элемент состоит из металлического свинца, погруженного в 0,02 н. раствор нитрата свинца, и металлического магния, погруженного в 0,002 н. раствор сульфата магния. Составьте схему элемента, напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 2,267 В.

284. Гальваническая цепь составлена из нормального водородного электрода и свинцового электрода, погруженного в насыщенный раствор сульфата свинца. = 2×10^–8. Найти величину электродного потенциала Pb²⁺/Pb. Запишите схему элемента и вычислите его ЭДС при 25 °С. Ответ: –0,240 В; 0,240 В.

285. Гальванический элемент состоит из металлической меди, погруженной в 0,2н. раствор сульфата меди, и металлического цинка, погруженного в 0,02н. раствор хлорида цинка. Вычислите ЭДС элемента при 25 °С, напишите уравнения электродных реакций, составьте схему элемента. Ответ: 1,128 В.

286. ЭДС цепи Cu/[CuSO₄] = x//0,1 н. ZnSO₄/Zn при 25 °С равна 1,039 В. Определите концентрацию ионов меди. Ответ: 5×10^–4 моль/л.

287. Составьте схему гальванического элемента, при работе которого протекает реакция Ni + Pb(NO₃)₂= Ni(NO₃)₂ + Pb.

Напишите электродные уравнения процессов, протекающих на электродах, и вычислите ЭДС элемента при 25 °С и концентрации Pb(NO₃)₂ и Ni(NO₃)₂ соответственно 0,2н. и 0,01М. Ответ: 0,139 В.

288. Гальванический элемент состоит из металлического серебра, погруженного в 0,0001 н. раствор нитрата серебра, и металлического свинца, погруженного в 0,002 н. раствор нитрата свинца. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций, вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 0,778 В.

289. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,02н. раствор хлорида цинка, и металлической меди, погруженной в 0,1М. раствор хлорида меди. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций, вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 1,128 В.

290. Укажите схему кадмий-никелевого аккумулятора и напишите электронные процессы, которые протекают на электродах при зарядке и разрядке данного аккумулятора.

291. Гальванический элемент состоит из металлического кадмия, погруженного в 0,002н. раствор нитрата кадмия, и металлического серебра, погруженного в 0,01 н. раствор нитрата серебра. Составьте схему элемента, напишите уравнения электродных реакций, вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 1,172 В.

292. Вычислите потенциал кислородного электрода в кислой среде при pH, равной 2, и температуре, равной 25 °С. Ответ: 1,109 В.

293. Электродный потенциал системы Zn/0,2 н. ZnSO₄ при 25 °С найден, равным -0,8013 В. Чему равна степень диссоциации ZnSO₄ в указанном растворе? Ответ: 0,44.

294. Вычислите потенциал свинцового электрода при 25 ⁰С, в насыщенном растворе PbBr₂, если [Br^–] = 1 моль/л., а = 9,1×10^–6. Ответ: –0,275 В.

295. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,02 н. раствор сульфата цинка, и металлического никеля, погруженного в 0,002 н. сульфата никеля. Составьте схему элемента, напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 0,496 В.

296. Гальванический элемент состоит из металлического свинца, погруженного в 0,02 н. раствор азотнокислого свинца, и металлического никеля, погруженного в 0,001 М раствор сульфата никеля. Составьте схему элемента, напишите уравнение электродных реакций и вычислите ЭДС элемента при 25 °С. Ответ: 0,140 В.

297. Схема элемента Pt,H₂/0,01 н. HNO₂//1 н. CH₃COOH/H₂,Pt. Определите ЭДС элемента ( = 4×10^–4, = 1,76×10^–5) при 25 °С. Ответ: 0,019 В.

298. Укажите схему цинк-серебряного аккумулятора и напишите электронные процессы, которые протекают на электродах при его зарядке и разрядке.

299. Вычислите потенциал кислородного электрода в щелочной среде при pH = 13, и температуре, равной 25 °С. Ответ: 0,460 В.

300. ЭДС гальванического элемента

Pt,H₂/1 н. CH₃COOH//0,5 н. HCOOH/H₂,Pt при 25 °С равна 20,65 мВ. = 1,76×10^–5. Определите К_HCOOH. Ответ: 1,76×10^–4.