Газовые электроды состоят из металлического проводника ( чаще всего платины), контактирующего одновременно с газом и электролитом

Металлический проводник не принимает участия в электродной реакции, а служит для передачи электронов от газа к ионам в растворе и наоборот.

Водородный электрод - это инертный металл (чаще всего платинированная платина), соприкасающийся с ним электролит с определенным рН и газообразный водород (Н₂), омывающий металл в виде пузырьков.

На границе раздела фаз Pt, H₂ | раствор в зависимости от рН раствора устанавливается равновесие:

а) в кислой среде (рН < 7)

2H⁺ + 2e D H₂ (7)

схема водородного электрода

Pt, H₂ | H⁺ (8)

б) в щелочной и нейтральной средах (рН ³ 7)

H₂O + 2e D H₂ +2OH (9)

схема водородного электрода

Pt, H₂ | OH^-

Величина потенциала водородного электрода j(н₂), B зависит от рН раствора и при Т = 298К определяется:

j(Н₂) = -0,059 рН (10)

Кислородный электрод – это металл, соприкасающийся с ним электролит с определенным рН и газообразный кислород, омывающий металл в виде пузырьков.

На границе раздела фаз Рt, O₂| раствор в зависимости от рН раствора устанавливается равновесие:

а) в кислой среде (рН < 7)

О₂ + 4Н⁺+4е D 2Н₂О (11)

схема кислородного электрода

Рt, O₂ |Н⁺ (12)

б) в щелочной и нейтральной средах (рН³7)

О₂ + 2Н₂О + 4еD 4ОН^- (13)

схема кислородного электрода

Рt, O₂ | ОН^- (14)

Величина потенциала кислородного электрода j(О₂) при Т = 298К и максимальной растворимости кислорода в воде при этой температуре, равной С(О₂) = 2,6×10^-4 моль/л, рассчитывается по уравнению:

j(О₂) = 1,213 - 0,059рН (15)

Расчет рН = -lgC(H⁺) и соответственно потенциалов кислородного и водородного электродов сводится к определению концентрации Н⁺ ионов в растворе:

а) в растворах кислот:

С(Н⁺)=N(H⁺)×C(кислоты)×a(кислоты) (16)

б) в растворах оснований С(Н⁺)= ,

где Кw=[H⁺]×[OH^-]= 10^-14 при 298K (17)

С(ОН^-) = N(ОН^-)×C(основания)×a(основания) (18)

Диссоциация слабой кислоты и слабого основания характеризуется константой электролитической диссоциации –К_д.

Например,

HCN D H⁺ + CN^- K_д = (19)

NH₄OH D NH₄⁺ +OH^- К_д = (20)

Для разбавленных растворов электролитов между К_д и a существует зависимость (закон разведения):

К_д = С×a² (21)

Пример 4. Рассчитайте потенциалы кислородного и водородного электродов в 0,1М растворе угольной кислоты при 298К, если К_д1(Н₂СО₃) = 4,45×10^-7. Напишите уравнения равновесия на электродах в этом растворе.

Решение: j(Н₂) = - 0,059рН; j(О₂) = 1,213 – 0,059рН.

Решение сводится к определению С(Н⁺) в растворе.

Угольная кислота – слабая и диссоциирует, в основном, по 1 ступени:

Н₂СО₃ D Н⁺ + СО₃^2-, N(H⁺) = 1

Отсюда: С(Н⁺) = С(Н₂СО₃)×a (Н₂СО₃)

Подставляя a = , полученное из (21) в уравнение (16) получаем:

С(Н⁺)= = =2,1×10^-4 моль/л.

Тогда рН = –lg2,1×10^-4 = 3,67

j(Н₂)=-0,059×3,67=–0,216B, j(O₂)=1,2130,059×0,3,67=0,997B

Равновесия на границах раздела фаз

Водородный электрод Кислородный электрод

2Н⁺ + 2е D Н₂ О₂ + 4Н⁺ + 4е D 2Н₂О

Пример 5. Потенциал водородного электрода в 0,01М растворе гидроокиси аммония при 298К равен -0,627В. Рассчитайте константу диссоциации гидроокиси аммония; нарисуйте схему водородного электрода.

Решение: Гидроокись аммония – слабый электролит. Диссоциация гидроокиси аммония, как слабого электролита, описывается уравнением

NH₄OH D NH₄ ⁺ + OH^- , N(OH) = 1 (22)

Концентрация ионов ОН^- в растворе равна:

С(ОН^-) = С(NH₄OH)×a(NH₄OH)

Из закона разведения Оствальда (21) имеем

a =

Подставив a в уравнение (18) получим

С(ОН^-) = ,

Откуда Кд(NH₄OH) = .

Следовательно, задача сводится к определению концентрации ОН^- в растворе.

Из j(Н₂) = - 0,627В = -0,059рН получаем:

рН = × =10,627, тогда С(Н⁺)= 10^-рН = 10^-10,627

Рассчитаем С(ОН^-) и Кд(NH₄OH)

С(ОН^-) = = = 10^-3,373 моль/л

Кд = = = 10^-4,746 = 1,79×10^-5.

1.3. ЗАДАЧИ

1. Вычислите равновесный потенциал серебряного электрода при Т = 298К, опущенного в раствор AgNO₃ c w = 1%, r_р = 1,1942г/см³. Нарисуйте схему электрода.

2. В 200 см³ раствора содержится 0,32 г CuSO₄ Рассчитайте равновесный потенциал медного электрода в этом растворе при Т = 25⁰С и напишите уравнение равновесия на границе раздела фаз.

3. Рассчитайте потенциал кислородного при 298К в 0,01М растворе фосфорной кислоты, если она диссоциирует преимущественно по 1 ступени и К_д1(H₃PO₄) = 7,11×10^-3 . Напишите уравнение равновесия на границе раздела фаз.

4. Рассчитайте равновесный потенциал железного электрода при Т = 25⁰С в растворе, в 500 см³ которого содержится 70 г FeCl₃, a(FeCl₃) = 80%. Напишите уравнения равновесия на границе раздела фаз.

5. Цинковый электрод помещен в раствор ZnSO₄, С_эк(ZnSO₄) = 02686н, a(ZnSO₄) = 85%, T = 25⁰C. Рассчитайте равновесный потенциал электрода. Нарисуйте схему электрода.

6. В раствор, содержащий 63,78г NiSO₄, 999,22г Н₂О с плотностью r_р = 1,063г/см³, поместили никелевый электрод. Рассчитайте равновесный потенциал электрода при Т = 25⁰С и напишите уравнения равновесия на границе раздела фаз.

7. Рассчитайте потенциал водородного электрода при Т = 25⁰С, опущенного в раствор серной кислоты с w(H₂SO₄) = 1%, r = 1,005г/см³. Нарисуйте схему электрода.

8. Вычислите потенциал электрода Pt,H₂½NaOH, (C = 0,1M) при Т = 25⁰С. Напишите уравнение равновесия на границе раздела фаз.

9. Вычислите потенциал кислородного электрода при Т = 25⁰С в растворе, в 2-х литрах которого содержится 0,365г HCl. Напишите уравнение равновесия на границе раздела фаз и нарисуйте схему электрода.

10. Рассчитайте потенциал кислородного электрода в растворе HCN, C(HCN)=0,01M; Кд(HCN) = 5×10^-10 при Т = 25⁰С.

11.Вычислите концентрацию ионов кобальта в растворе СoCl₂ при Т=25⁰С, если потенциал кобальтового электрода в этом растворе равен – 0,3362В. Нарисуйте схему электрода.

12. При какой концентрации NiSO₄ в растворе электродный потенциал никеля при Т=298К будет равен –0,2809В, если

a(NiSO₄) = 90%. Напишите уравнение равновесия на электроде.

13. В 200 см³ раствора содержится 2,4078г сульфата магния. Вычислите степень диссоциации MgSO₄ в этом растворе при Т = 298К, если потенциал магниевого электрода в растворе равен -2,4В. Нарисуйте схему Д.Э.С. на электроде.

14.Оловянный электрод образован погружением олова в раствор, содержащий 18,97 г двухлористового олова в 2-х литрах раствора. Рассчитайте a(SnCl₂), если j(Sn) = -0,1806B при 298K. Нарисуйте схему электрода и Д.Э.С. на нем.

15. Кобальт погружен в раствор хлорида кобальта с концентрацией С_эк.(СoCl₂) = 0,02моль-эк./л. Рассчитайте a(СoCl₂)если потенциал кобальтового электрода при Т = 298К равен -0,31В. Напишите уравнение динамического равновесия на электроде.

16. Потенциал электрода Pt,H₂½H₂SO₄ (2М) при Т = 25⁰С равен -0,343В. Вычислите степень диссоциации H₂SO₄ .Напишите уравнение динамического равновесия на границе раздела фаз.

17. При 298К потенциал электрода Pb½Pb(NO₃)₂ (0,01M) равен -0,1917В. Вычислите степень диссоциации Pb(NO₃)₂ в растворе и напишите уравнение динамического равновесия на границе раздела фаз.

18. Вычислите концентрацию ионов Hg²⁺ в растворе, при которой потенциал электрода Hg½Hg²⁺ (C_x) равен нулю (Т = 25⁰С). Можно ли осуществить такой электрод?

19. Индий погружен в раствор, содержащий 1,1075 г InCl₃ в 500 мл раствора, a(InCl₃) = 90%. Потенциал электрода при Т = 25⁰С равен –0,3833. Рассчитайте j⁰(In³⁺/In) при 25⁰С; нарисуйте схему электрода и напишите уравнение динамического равновесия на электроде.

20. В раствор, содержащий 50г AlCl₃ в 300 г воды (r = 1,05 г/см³) погружен алюминий. Рассчитайте потенциал алюминиевого электрода в растворе (Т = 298К). Нарисуйте схему двойного электрического слоя и напишите уравнение динамического равновесия на электроде.

21. Потенциал кислородного электрода в растворе уксусной кислоты с С(СН₃СООН) =0,001M при Т = 25⁰С равен 0,984В. Определите Кд(СН₃СООН), нарисуйте схему электрода.

22. Соответствует ли представленная схема Д.Э.С электроду Ni êNiSO₄ (3M,a = 50%)

Ni NiSO₄(р-р)

- +

- +

- +

Рассчитайте потенциал никелевого электрода.

23. При какой концентрации катионов свинца (Pb²⁺)в растворе потенциал свинцового электрода будет равен потенциалу электрода Sn½SnCl₂(0,1M) при Т = 298К. Можно ли осуществить такой свинцовый электрод?

24. Потенциал электрода из тория Th½Th⁴⁺(0,04M) равен

– 2,017В при Т = 298К. Определите j⁰(Th⁴⁺/Th). Какой из металлов: торий или магний более сильный восстановитель?

25. Потенциал электрода из лантана La½La³⁺ (0,001М) при Т = 25⁰С равен -2,581В. Определите j⁰(La³⁺/La) и нарисуйте схему двойного электрического слоя на La. Укажите металлы, окислительные свойства которых выше, чем у лантана.

26. Рассчитайте j⁰(Tl¹⁺/Tl), если потенциал таллиевого электрода в растворе, в 2-х литрах которого содержится 5,522 г азотнокислого таллия, равен - 0,454 В при Т = 298К. Нарисуйте схему Д.Э.С. на электроде.

27. j⁰(Be ²⁺/Be) = -1,847B. Возможно ли осуществить бериллиевый электрод с потенциалом, равным 0,0В, Т = 298К. Какой из металлов бериллий или стронций обладают большими окислительными свойствами?

28. Потенциал хромового электрода, погруженного в раствор 0,001М CrCl₂ равен -1,003В при T = 298K, a(CrCl₂) = 90%. Рассчитайте j⁰(Cr²⁺/ Cr). Нарисуйте схему электрода и Д.Э.С. на нем.

29. Какой из электродов Ni½Ni²⁺(0,0001M) или Со½Со²⁺(0,1М) обладает большими окислительными свойствами при Т = 298К. Ответ мотивируйте.

30. Потенциал кислородного электрода при Т = 25⁰С равен 0,918В. Определите концентрацию катионов водорода в растворе, напишите уравнение динамического равновесия на электроде.

2. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ.

2.1.Гальванический элемент - химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается за счет изменения свободной энергии химической реакции, протекающей в нем.

Два металла, погруженные в растворы их солей, соединенные между собой электролитическим ключом, образуют гальванический элемент. Схематически такой элемент изображается:

(А) Ме₁ | Me^z+(C₁) || Me₂^z+(C₂) | Me₂ (K), (23)

где две вертикальные черты означают границу раздела между электродами и электролитами, одна – границу раздела фаз в электродах.

Если j₁(Ме₁) < j₂(Ме₂), то при соединении Ме₁ и Ме₂ между собой металлическим проводником электроны по этому проводнику самопроизвольно перейдут от электрода с меньшим потенциалом (Ме₁) к электроду с большим потенциалом (Ме₂). За счет этого перехода произойдет процесс окисления Ме₁ с переходом в раствор катионов Me₁^z+и процесс восстановления катионов Me^z+₂ из раствора на Ме₂ . Процесс окисления называется анодным, а электрод, на котором он происходит, анодом(А); процесс восстановления называется катодным, а электрод, на котором он происходит катодом(К).

В схеме гальванического элемента анод принято записывать слева, катод – справа.

Процессы протекающие в гальваническом элементе, запишутся:

Анодный процесс: Me₁ -ze® Me₁^Z+ (окисление Ме₁) (24)

Катодный процесс:Me₂^z+ +ze®Me₂ (восстановление катионов Ме₂^z+) (25)

Токообразующая реакция: Me₁+Ме₂^z+ ® Me₁^z++ Me₂ (26)

Токообразующая реакция получается суммированием катодного(25) и анодного(24) процессов с учетом того, что число электронов в этих процессах должно быть одинаково.

Итак, причина возникновения электрического тока в гальваническом элементе – это разность потенциалов электродов, за счет которой совершается электрическая работа (W_э):

W_э = zFEг.э., (27)

где Ег.э. - электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента, В.

ЭДС элемента - максимальная разность потенциалов, которая может быть получена при работе гальванического элемента;z –число электронов суммарного процесса.

Ег.э. = j_К - j_А, (28)

где j_к, j_A- равновесные потенциалы катода и анода элемента, В.

С другой стороны, максимальная полезная работа (W_х.р.), которую совершает система при постоянном давлении, равна изменению энергии Гиббса токообразующей реакции (27)

W_х.р. = – DG_r (29)

Так как Wэ = Wх.р., то сравнивая (27) и (29) получаем:

Е_{г.э. = –} (30)

Условие самопроизвольного протекания процесса DG_r<0. Отсюда термодинамическое условие работы гальванического элемента:

Ег.э.> 0 или j_к>j_а (31)

При стандартных условиях (с.у.)

Е⁰_г.э. = j⁰_к -j⁰_а (32)

W⁰_{х.р. = -} DG⁰_r

DG_r^o=DG_f^o(Me₁^z+) - DG_f^o(Me₂^z), Дж

DG_f^o(Me₁^z+), DG_f^o(Me₂^z+) - стандартная энергия Гиббса образования соответствующих ионов, Дж/моль (значения DG⁰_f приводятся в термодинамических справочниках).

Пример 5. Какая из реакций:Th + 2Cr ²⁺ D Th⁴⁺ + Cr

DG⁰_f -175,63 -733,4

прямая или обратная осуществима в гальваническом элементе при с.у.?

Для осуществимой реакции напишите уравнения электродных процессов, нарисуйте схему Г.Э. и рассчитайте Е⁰_г.э..

Решение 1. Рассчитаем DG⁰_r = DG⁰_f (Th⁴⁺) – 2 DG⁰_f(Cr²⁺) = -733,4 -2×(-175,63) = - 382,14 кДж.

DG_r^o< 0, значит, в Г.Э. самопроизвольно протекает прямая реакция.

2. Электродные процессы:

Анодный – окисление тория: Th-4e ® Th⁴⁺

Катодный – восстановление Сr²⁺ : 2 Сr²⁺ +4e®2Cr÷

3.Схема гальванического элемента

(А) Th÷ Th⁴⁺(1M) ÷÷ Cr²⁺(1M) ÷ Cr (K)

4.При расчетах Е⁰_г.э. DG⁰_r берется в Дж.

Е⁰_г.э. = = – В

Пример 6. К аноду Ni÷ Ni²⁺, 0,001M, T = 298K подберите катод. Составьте схему гальванического элемента из этих электродов. Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции, рассчитайте Е_г.э..

Решение. Чтобы подобрать катод к никелевому аноду, рассчитаем j(Ni²⁺/Ni):

j(Ni²⁺/Ni) = j⁰(Ni) + lgC(Ni²⁺)

j⁰(Ni²⁺/Ni) = -0,25B, z = 2

j(Ni²⁺/Ni) = -0,25 + lg0,001 = -0,3385B

Поскольку j_к > j_а, т.е. j_к > -0,3385В. Находим из ряда стандартных электродных потенциалов j_к⁰ (Pb²⁺/Pb) = -0,126B.

Составляем схему Г.Э.:

(A) Ni÷ Ni²⁺,0,001M÷÷ Pb²⁺,1M÷ Pb(K)

Электродные процессы: A: Ni: Ni – 2e ® Ni²⁺

K: Pb: Pb²⁺+2e®Pb

токообразующая реакция: Ni + Pb²⁺ ® Ni²⁺ + Pb

E_г.э. = j_к - j_а = j⁰(Pb) - j⁰(Ni) = -0,126 +0,3385 =0,2125B

2.2. Концентрационный гальванический элемент – состоит из электродов одинаковых по своей природе, которые различаются концентрацией электролитов.

Схема концентрационного Г.Э.:

Ме | Me^z+(C₁) || Me^z+(C₂) | Me

Если C₁(Me^z+) < C₂(Me^z+), то согласно уравнению Нернста (5) j₁ < j₂, и электрод 1 будет анодом, а электрод 2 - катодом.

Электродные процессы.

Анодный: Me - ze ® Me^z+ (33)

Катодный: Me^z+ + ze ® Me (34)

Eг.э. = j_к - j_а = ×lg (35)

Концентрационный Г.Э. работает до тех пор, пока концентрации катионов металлов у катода и анода не сравняются.

Пример 7. Вычислите при Т = 298К ЭДС концентрационного гальванического элемента, составленного из двух оловянных электродов, погруженных в растворы С₁(SnCl₂) = 1M, a(SnCl₂) = 90%, С₂(SnCl₂) = 0,001M, a(SnCl₂) = 100%. Нарисуйте схему элемента. Напишите уравнения электродных процессов.

Решение: Из уравнения диссоциации:

SnCl₂ D Sn²⁺ + Cl^1- находим N(Sn²⁺) = 1, z(Sn²⁺) = 2

Из С(Sn²⁺) = N(Sn²⁺) × С(SnCl₂)× a(SnCl₂) получаем:

С₁(Sn²⁺) = 1×1×0,9 = 0,9моль/л, С₂(Sn²⁺) = 1×0,001×1 = 0,001 моль/л. Так как С₁(Sn²⁺) > С₂(Sn²⁺), то С₁(Sn²⁺) = С_к(Sn²⁺), С₂(Sn²⁺) = С_A(Sn²⁺),

Отсюда Е_г.э.= ×lg = ×lg = 0,087B

Схема электрода:(А) Sn÷ Sn²⁺ (0,001M)ïïSn²⁺(0,9M)ïSn (K)

Электродные процессы: А: Sn- 2e® Sn²⁺ (окисление Sn)

K: Sn²⁺ + 2e ® Sn⁰ (восстановление Sn²⁺)

2.3. ЗАДАЧИ.

31. Вычислите ЭДС гальванического элемента при 298К:

(А) Zn½ZnCl₂, 0,0102M½½AgNO₃,0,001M½Ag (K)

Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

32. Гальванический элемент состоит из двух водородных электродов в растворах соляной кислоты: С₁(HCl) = 0,5M,a₁ = 90%, C₂(HCl) = 0,001M. Рассчитайте ЭДС этого элемента при 298К, напишите уравнения электродных процессов. Нарисуйте схему Г.Э.

33. ЭДС гальванического элемента:

(А)Сu½CuSO₄(0,01M)½½Tl(NO₃)₃½Tl(K)

при 298К равна 0,894В. Вычислите стандартный электродный потенциал таллиевого электрода j⁰(Tl³⁺/Tl); напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

34. Токообразующая реакция в гальваническом элементе описывается уравнением:

2Al + 3Cd²⁺ D 2Al³⁺ + 3Cd

DG_f, кДж/моль -77,8 -480,6

Рассчитайте Е⁰_г.э., напишите уравнения электродных процессов. Сколько электронов принимает участие в процессе.

35. Анод в гальваническом элементе образован погружением Со- пластины в раствор с С(Со²⁺) = 0,03М, Т = 298К. Подберите к этому аноду катод, составьте схему Г.Э. из этих электродов; напишите уравнения электродных и токообразующего процессов. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента.

36. К катоду AlïAl³⁺(10^-3M),T=298K подберите анод, составьте схему Г.Э. из этих электродов и рассчитайте ЭДС элемента; напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

37. Вычислите ЭДС гальванического элемента, составленного из двух электродов: СоïСо²⁺(0,01М) и CdïCd²⁺ (0,01M) при Т = 298К. Составьте схему Г.Э. из этих электродов. Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

38. В гальваническом элементе

(А) СоïСоSO₄(0,1М)ïïSnCl₂(C_x)÷Sn (K) при 25⁰С Е_г.э. = 0,077В. Определите С(SnCl₂) у катода, напишите уравнения электродных пароцессов и токообразующей реакции. Сколько электронов принимает участие в окислительно-восстановительном процессе.

39. Концентрационный Г.Э. составлен из двух никелевых электродов, погруженных в растворы NiSO₄ c концентрациями: С₁(NiSO₄) =0,1M, C₂(NiSO₄) = 0,0005M. Рассчитайте Е_г.э. при 25⁰С, напишите уравнения электродных процессов; составьте схему Г.Э.

40. Какая из токообразующих реакций (прямая или обратная) может быть осуществлена в Г.Э. при с.у.:

Mg + Zn²⁺ D Mg²⁺ + Zn

DG_f, кДж/моль -147,2 -456

Cоставьте схему возможного Г.Э., рассчитайте Е_г.э., напишите уравнения электродных процессов.

41. К аноду In÷In³⁺(0,02M), j⁰(In³⁺/In) =0,343B подберите катод. Составьте схему Г.Э. из этих электродов. Напишите уравнения катодного, анодного и токообразующих процессов в Г.Э. Рассчитайте Е_г.э. при 298К.

42. К катоду Со÷Со³⁺(0,05М) = 0,46В подберите анод; составьте схему Г.Э. из этих электродов. Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции в полученном Г.Э. Рассчитайте Е_г.э. при 298К.

43.При 298К вычислите ЭДС гальванического элемента, составленного из хромового электрода, погруженного в раствор CrCl₃ c C(CrCl₃) = 0,01M и никелевого электрода в 1М растворе NiCl₂ , a(NiCl₂) = 90%. Cоставьте схему Г.Э., напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции. Сколько электронов принимает участие в суммарном процессе?

44. При Т=25⁰С Е_г.э. = 0,343В

(А) Со÷CoSO₄ (C_x)êêHCl(0,01M)êH₂, Pt (K).

Рассчитайте С(CoSO₄); Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции. Сколько электронов принимает участие в токообразующей реакции и в каком направлении они движутся во внешней цепи.

45. Рассчитайте при 25⁰С ЭДС концентрационного гальванического элемента, составленного из двух кислородных электродов в растворах серной кислоты с концентрациями С₁(H₂SO₄) = 1M, a(H₂SO₄) =80% и С₂(H₂SO₄) = 0,001M. Cоставьте схему Г.Э., напишите уравнения электродных процессов.

46. Вычислите ЭДС и изменение энергии Гиббса для гальванического элемента, образованного Mn и Zn, погруженными в растворы их солей с концентрациями ионов (моль/л):С(Mn²⁺) = 1,2×10^-3 , C(Zn²⁺) = 0,25. Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

47. Е_г.э. = 0,300В при 298К.

(А) Cr÷CrCl₃(0,01M), a=95%)ï½Tl⁺(0,003M) ïTl(K).

Рассчитайте j⁰(Tl⁺/Tl). Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции. Сколько электронов принимает участие в суммарной реакции.

48. Токообразующая реакция в гальваническом элементе:

Cd + Cu²⁺ D Cd²⁺ + Cu

DG_f, кДж/моль 65,04 -77,8

Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, напишите уравнения электродных процессов. Нарисуйте схему гальванического элемента.

49. К оловянному аноду, погруженному в раствор с С(SnCl₂) =10^-3M подберите катод. Составьте схему Г.Э. из этих электродов. Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции. Рассчитайте ЭДС при 298К.

50. К цинковому аноду в растворе с С(ZnSO₄) = 0,001M, a(ZnSO₄) =95% подберите катод. Рассчитайте Е_г.э. при 298К. Напишите уравнения электродных и токообразующего процессов.

51. ЭДС концентрационного гальванического элемента

(А)Pt,H₂÷HCl(10,05M,a=92%)÷ïHCl(Cx, a=88%½H₂,Pt (K)

равна 0,03В при 298К. Определите молярную концентрацию HCl и рН раствора HCl у катода. Напишите уравнения катодного и анодного процессов.

52. ЭДС гальванического элемента

(A) CuïCu(NO₃)₂(0,01M)ïïAg(NO₃)(0,005M, a = x)ïAg (K)

равна 0,382 В при Т = 298К. Определите кажущуюся степень диссоциации 0,005М раствора AgNO₃.Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

53. Составьте гальванический элемент из двух электродов AlïAl³⁺ (0,01M) и CuïCu⁺ (0,001M). Рассчитайте Е_г.э. Напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

54. К аноду, образованному погружением Fe- пластины в раствор с С_эк(FeCl₂)_. = 0,2Н, a(FeCl₂) = 0,88, подберите катод. Составьте схему Г.Э. из этих электродов. Рассчитайте Е_г.э. и DG_r при 298К.

55. К катоду PbïPbCl₂ (C=10^-4M, a =98%) подберите анод и составьте схему гальванического элемента. Рассчитайте ЭДС этого элемента, напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

56. ЭДС гальванического элемента

(А)ZnïZnSO₄(0,5M, a = 90%)ïïMo³⁺(10^-3M) ïMo (K) равна 0,523В при Т = 298К. Вычислите j⁰(Мо³⁺/Мо); напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

57. Суммарная реакция в Г.Э. описывается уравнением

Pb + 2Ag⁺ D Pb²⁺ + Ag⁰

DG_f, кДж/моль 77,1 -24,32

Рассчитайте ЭДС гальванического элемента при Т = 25⁰С, нарисуйте его схему и напишите уравнения электродных процессов.

58. Нарисуйте схему Г.Э., составленного из оловянного электрода в растворе с С(SnCl₂) = 0,1M, a = (SnCl₂) = 80% и свинцового электрода в растворе с С(Pb²⁺) =0,01M. Рассчитайте ЭДС этого элемента, напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

59. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых Ni в 0,01М растворе NiSO₄ будет катодом, в другом – анодом. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС этих элементов при 298К.

60. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов, суммарной реакции и рассчитайте при 298К ЭДС элемента, у которого один электрод – кадмиевый с С(Cd²⁺) = 10^-2 моль/л, второй – кислородный при рН = 1.

3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЕ

3.1. ПРИЧИНЫ И УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ КОРРОЗИИ

Электрохимическая коррозия – разрушение металлов и сплавов во влажных средах и электролитах с возникновением внутри металлов электрического тока.

Причинами электрохимической коррозии является энергетическая неоднородность поверхности металлов и сплавов, и наличие на ней пленки влаги. Это сочетание приводит к образованию на поверхности металлов и сплавов катодных и анодных участков, т.е. к образованию коррозионных микрогальванических элементов. При этом, как и в гальванических элементах j_к >j_а.

Условием протекания электрохимической коррозии является наличие двух сопряженных процессов:

а) анодного - переход металла с анодных участков поверхности в раствор в виде ионов:

Me - ze ® Me^z+(окисление, коррозия) (36)

Эквивалентное количество электронов остается в металле и переходит к катодным участкам поверхности; потенциал анодного процесса определяется в первом приближении стандартным электродным потенциалом корродирующего металла:

j_А = j ⁰(Ме^z+/Me) (37)

б) катодного - связывание электронов, образующихся в анодном процессе, каким-либо веществом - окислителем (Ох), находящимся во влаге или электролите:

Ox + Ze ® Red (восстановление) (38)

Процесс связывания электронов называется деполяризацией, а вещества окислители - деполяризаторами.

Деполяризация протекает на катодных участках поверхности.

Потенциал катодного процесса определяется потенциалом окислителя (деполяризатора):

j_к = j(Ох) (39)