Тұздар гидролизі

Домашнее задание по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»

Для гр 5ПНГ81,5ПНГ82

Практическая работа «Определение ЭДС гальванического элемента»

Цель Изучить устройство и принцип работы гальванического элемента и определять его ЭДС

Задания выполняются по варианта 8 задач (четные номера) девушки

8 задач (нечетные номера) юноши

Теоретические основы

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода.

ЭДС = Е_К – Е_А.

Если условия стандартные, то ЭДС элемента Даниэля –Якоби будет равным + 1,18 В.

ЭДС = 0,34 –(–0,76) =1,18.

Если условия отличаются от стандартных, то пользуются эмпирической формулой Нернста для расчета электродных потенциалов:

,

где – равновесный электродный потенциал, В;

– стандартный электродный потенциал, В;

n – степень окисления металла;

R – универсальная газовая постоянная,

R = 8,31 Дж/моль К;

F – число Фарадея, F = 96500 Кл;

[Meⁿ⁺] – концентрация ионов металла в растворе, моль/л.

Если подставить в данную формулу значения R, F, T = 298 K и перевести натуральный логарифм в десятичный, то получится упрощенная формула Нернста:

.

Таблица 6 – Стандартные электродные потенциалы

Примеры решения задач:

Задача 1.

Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух электродов: Ti | Ti²⁺ (0,01 моль/л) || Ni²⁺ (1 моль/л) | Ni.

Решение:

ЭДС гальванического элемента можно рассчитать как разность потенциалов:

ЭДС = E_К – Е_А

В данном гальваническом элементе катод - Ni° |Ni²⁺, а анод - Ti°|Ti²⁺ .

Схема гальванического элемента:

А (–) Ti | Ti²⁺ || Ni²⁺ | Ni (+) К

Процессы на электродах:

(–) А: Ti – 2e^- = Ti²⁺;

(+) K: Ni²⁺ + 2e^- = Ni.

По формуле Нернста рассчитываем значение электродного потенциала анода.

E _Ti/Ti²⁺ = E⁰ _T/|Ti²⁺ + = –1,630 + = –1,689 В;

Значение электродного потенциала катода равно величине стандартного электродного потенциала никелевого электрода, так как концентрация ионов Ni²⁺ в растворе составляет 1 моль/л.

ЭДС гальванического элемента

Разберите работу гальванического элемента. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, составьте суммарное ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции в гальваническом элементе и вычислите ЭДС гальванического элемента.

Мn | MnSO4 || FeSO4 | Fe,

С_Mn2+=10^-2моль/л, С_Fe2+= 10^-2 моль/л.

Решение задачи

ЭДС гальванического элемента

Гальванический элемент (ГЭ) – это устройство, в котором энергия химической реакции превращается в электрическую. В основе работы гальванического элемента лежит ОВР.

Мn | MnSO₄ || FeSO₄ | Fe,

С_Mn2+=10^-2моль/л, С_Fe2+= 10^-2 моль/л.

Пользуясь уравнением Нернста, вычисляем значения электродных потенциалов  марганца и железа в растворах заданной концентрации:

E (Mn²⁺/Mn⁰) < E (Fe²⁺/Fe⁰),  следовательно, более активным металлом является марганец, он будет отрицательным электродом – анодом, а железо – катодом.

Таким образом,  Mn – анод (А) и Mn – восстановитель, Fe – катод.

(-)Мn | MnSO₄ || FeSO₄ | Fe (+)

Электроны двигаются от марганеца к железу. ЭДС гальванического элемента

Запишем электронные уравнения процессов, протекающих на электродах, и составим суммарное уравнение.

(-) (А) Mn⁰ — 2e = Mn²⁺ — процесс окисления;
(+)(K)  Fe²⁺ + 2e = Fe⁰ — процесс восстановления.

Mn⁰+ Fe²⁺= Mn²⁺ + Fe⁰

Записываем молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции, лежащей в основе работы гальванического элемента:
Mn⁰+ FeSO₄→ MnSO₄+ Fe