Гальванический элемент и ЭДС

a(H(+)) = 6,0 моль/л
a(SO4(2-)) = 3,0 моль/л
a(H2O) = 0,72 моль/л
Свинцовый аккумулятор работает в двух режимах – при зарядке в качестве потребителя тока, а при разрядке в качестве источника тока (гальванического элемента).
Найдем ЭДС свинцового аккумулятора в режиме разрядки (гальванического элемента).
На электродах свинцового аккумулятора протекают обратимые реакции окисления и восстановления.
PbO2(тв) + SO4(2-) + 4H(+) + 2e ↔ PbSO4(тв) + 2H2О
Еº(PbO2/PbSO4) = + 1,68 B
PbSO4(тв) + 2e ↔ Pb(тв) + SO4(2-)
Еº(PbSO4/Pb) = – 0,36 B
В гальваническом элементе анодом становится окислительно-восстановительная система, имеющая меньший электродный потенциал восстановления, а катодом окислительно-восстановительная система, имеющая больший электродный потенциал восстановления. Еº(PbO2/PbSO4) > Еº(PbSO4/Pb)
На аноде гальванического элемента протекает процесс окисления свинца Pb, а на катоде – процесс восстановления оксида свинца (IV) PbO2 в кислой среде.
Схема гальванического элемента
А(-) Pb | H2SO4 | PbO2 K(+)
Процессы окисления-восстановления на электродах
Анод (-) Pb(тв) + SO4(2-) – 2e = PbSO4(тв) | 1 – окисление на аноде
Катод (+) PbO2(тв) + SO4(2-) + 4H(+) + 2e = PbSO4(тв) + 2H2О | 1 – восстановление на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение токообразующей реакции, которое в ионной форме, выражает происходящую в свинцовом гальваническом элементе реакцию.
Pb(тв) + PbO2(тв) + 2SO4(2-) + 4H(+) → 2PbSO4(тв) + 2H2О
Уравнение реакции в молекулярном виде.
Pb(тв) + PbO2(тв) + 2H2SO4 → 2PbSO4(тв) + 2H2О
В режиме зарядки в аккумуляторе протекает обратная реакция.
Электродные потенциалы электродов по уравнению Нернста при 298 градусах К.
Активности твердых веществ в уравнение Нернста не входят.
Е(анода) = Еº(PbSO4/Pb) + (0,059/2)*lg a(SO4(2-)) = – 0,36 + 0,0295*lg 3,0 = – 0,346 B
Е(катода) = Еº(PbO2/PbSO4) + (0,059/2)*lg[a(SO4(2-))*a(H(+))^4/a(H2O)^2] = +1,68 + 0,0295*lg[3,0*6,0^4/0,72^2] = 1,794 B
Е = Е(катода) – Е(анода) = 1,794 – (– 0,346) = 2,14 В

Уравнение Нернста для анода и катода гальванического элемента при 298 градусах Кельвина.