Гальванический элемент. Химия
1.Составьте электрохимическую схему гальванического элемента, указав на ней направление движения частиц, обуславливающих электрический ток во внешней и внутренней цепи гальванического элемента.
2.Напишите уравнения процессов, протекающих на электродах гальванического элемента, и суммарное уравнение токообразующей химической реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
3.Вычислите ЭДС данного гальванического элемента. Изменится ли ЭДС гальванического элемента, если взять растворы солей, не 1М, а 0,01М концентрации? Обоснуйте ответ с помощью расчетов.
Элементы: Cu; Zn
стандартные электродных потенциалы: Cu=+0,34 Zn=-0,76
Вот электрохимическая диаграмма гальванического элемента с использованием меди и цинка:
```
Zn(s) | Zn^2+ (aq, 1M) || Cu^2+ (aq, 1M) | Cu(s)
```
Направление движения частиц, вызывающих электрический ток во внешней цепи, - от цинкового анода к медному катоду. Направление движения частиц, вызывающих электрический ток во внутренней цепи, - от медного катода к цинковому аноду.
Уравнения процессов на электродах гальванического элемента следующие:
* На цинковом аноде: Zn(s) → Zn^2+ (aq, 1M) + 2e-
* На медном катоде: Cu^2+ (aq, 1M) + 2e- → Cu(s).
Общее уравнение химической реакции, вырабатывающей ток, имеет вид:
Zn(s) + Cu^2+ (aq, 1M) → Zn^2+ (aq, 1M) + Cu(s).
ЭДС гальванического элемента может быть рассчитана по уравнению Нернста:
E = E^0 - (0.0592/n) * log(Q)
где
* E - ЭДС элемента
* E^0 - стандартный потенциал ячейки
* n - число электронов, переданных в реакции
* Q - коэффициент реакции.
В данном случае стандартный потенциал ячейки составляет +0,34 В, а число перенесенных электронов равно 2. Коэффициент реакции может быть рассчитан следующим образом:
Q = [Zn^2+] / [Cu^2+]
= 1M / 1M
= 1
Подставляя эти значения в уравнение Нернста, получаем:
E = +0,34 В - (0,0592/2) * log(1)
= +0.34 V - (0.0592)
= +0.28 V
Следовательно, ЭДС гальванического элемента равна +0,28 В.
ЭДС гальванического элемента изменится, если взять раствор соли не 1М, а 0,01М концентрации. ЭДС будет уменьшаться по мере уменьшения концентрации солевых растворов. Это происходит потому, что коэффициент реакции будет уменьшаться при уменьшении концентрации растворов солей. Уравнение Нернста показывает, что ЭДС клетки обратно пропорциональна логарифму коэффициента реакции. Поэтому при уменьшении концентрации растворов солей ЭДС ячейки будет уменьшаться.
Приведем расчеты для обоснования ответа:
ЭДС гальванического элемента с 0,01М раствором соли можно рассчитать по следующему уравнению:
E = E^0 - (0,0592/n) * log(Q)
где
* E - ЭДС элемента
* E^0 - стандартный потенциал ячейки
* n - число электронов, переданных в реакции
* Q - коэффициент реакции.
В данном случае стандартный потенциал ячейки составляет +0,34 В, а число перенесенных электронов равно 2. Коэффициент реакции может быть рассчитан следующим образом:
Q = [Zn^2+] / [Cu^2+]
= 0.01M / 0.01M
= 1
Подставляя эти значения в уравнение Нернста, получаем:
E = +0,34 В - (0,0592/2) * log(1)
= +0.34 V - (0.0592)
= +0.28 V
Таким образом, ЭДС гальванического элемента с 0,01М раствором соли составляет +0,28 В. Это меньше, чем ЭДС гальванического элемента с 1М раствором соли, которая составляет +0,34 В. Это объясняется тем, что коэффициент реакции ниже, когда концентрация растворов солей меньше.