Электрохимические процессы, гальванический элемент (Таблица 5). 4.1.1. Для данного гальванического элемента (ГЭ) вашего варианта определите

Электрохимические процессы, гальванический элемент (Таблица 5). 4.1.1. Для данного гальванического элемента (ГЭ) вашего варианта определите анод и катод, составьте уравнения процессов, протекающих на каждом из электродов в работающем гальваническом элементе, запишите уравнение токообразующей (ТОР) реакции. Покажите ход поляризационных кривых и объясните причину изменения значений равновесных электродных потенциалов анодного и катодного процессов при прохождении тока. Рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса при протекании ТОР при 298 К и стандартную электродвижущую силу ЭДС элемента (двумя способами). Предложите способы увеличения напряжения вашего элемента. Таблица 5 Номер варианта Гальванический элемент 21 Mg Mg2+ Cu2+ Cu

1.1.Сравним стандартные электродные потенциалы рассматриваемых металлов
E0( Cu2+/ Cu) = 0,34 B
E0( Mg2+/ Mg) = -2,36B
E0( Mg2+/ Mg) < E0( Cu2+/ Cu)
Следовательно Mg будет анодом, а Сu - катод
А (- ) Mg0 -2е = Mg2+ процесс окисления
К (+ ) Сu2+ +2е = Сu0 процесс восстановления
Mg0 + Сu2+ = Mg2+ + Сu0
4.1.2 В работающем ГЭ при прохождении тока I напряжение U меньше ЭДС из-за явления поляризации катода (EК) и анода (ЕА) и омического падения напряжения на сопротивлении r1 в проводниках с электронной проводимостью (проводниках первого рода) и на сопротивлении r2 в электролите (проводнике второго рода)
Поляризацией называется изменение потенциала электрода при прохождении электрического тока: , где Ei - потенциал электрода под током; Еp – равновесный потенциал электрода.
В гальваническом элементе при прохождении электрического тока потенциал анода становится более положительным, а потенциал катода – более отрицательным, что приводит к уменьшению напряжения U
Ход поляризационных кривых ГЭ: .
4 .1. 3Рассчитаем энергию Гиббса токообразующего процесса;
Mg0 + Сu2+ = Mg2+ + Сu0
∆r G0 =∆f G0 ( Mg 2+) +∆ fG0 ( Cu) ) – (∆f G0 (Mg) +∆f G0 (Cu2+) =
==∆f G0 ( Mg 2+) -∆f G0(Cu2+)=( -457,3) – (- 65,0) = -382,3 кДж
ЭДС = ЕК – ЕА = 0,34 – (-2,36) =2,70В
∆r G0 = -n*F* ЭДС =- 2*96500*2,70 =-521,1кДж
4.1.4. Увеличить ЭДС данного ГЭ можно, если:
– увеличить температуру;
– уменьшить активность ионов Mg2+;
– уменьшить активность ионов Cu2+– ;
4.2. Электролиз водных растворов (Таблица 6).
4.2.1. Для водного раствора электролита (столбец 2) определите его ионный состав и запишите уравнения предполагаемых процессов на заданных электродах (столбец 3) при электролизе с учетом значения катодного выхода металла по току ВМ (столбец 4).
4.3.2

. Определите потенциалы предполагаемых процессов, учитывая значения рН электролита (столбец 7).
4.3.3. Покажите приблизительный ход поляризационных кривых при электролизе.
4.3.4. Рассчитайте массу или объем веществ, которые выделятся на катоде и аноде, если электролиз вести при заданной силе тока I (столбец 5), в течение времени τ (столбец 6). В случае растворимых анодов считать выход по току металла 10 %.
Номер варианта
Электролит
Заданные электроды
Выход по току, ВМ Сила тока
I, А Время
τ, ч pH электролита
21 K2SO4 Fe 0 20 3 7
K2SO4 = 2K + + SO42—
() Kатод K+ H2O
E0( K+/ K) = 2,92 B ; при рН =7 = 1 B.
Так как > E0( K+/ K) происходит восстановление воды:
K (-) 2H2O +2ē = H 2+ 2 OH —
(+) Aнод SO4 2— H2O
Сульфат-ионы не разряжаются. 1,8 B.
происходит окисление воды:
А(+) 2H2O 4ē = O2 + 4 H +
При электролизе в результате прохождения через систему постоянного электрического тока происходит поляризация электродов (ЕК, ЕА): потенциал анода становится более положительным, а потенциал катода – более отрицательным и возникает омическое падение напряжения на внутреннем сопротивлении электрохимической цепи R (Еом = R.I). Поэтому напряжение ( U ), которое необходимо подать на электроды от внешнего источника постоянного тока, больше минимальной разности потенциалов (Umin), равной разности равновесных потенциалов процессов :
.
Поляризационные кривые процесса электролиза водного раствора K2SO4
4.3.4Объем газообразных веществ, выделяющихся при электролизе, ,
где V объем газа, выделяющегося на электроде; V 0 объем 1 моль газообразного вещества при нормальных условиях (22,4 л/моль).
VН2 = 22,4 *20*3*3600/ 2* 96500 =25,1л
VО2 = 22,4 *20*3*3600/ 4* 96500 =12,5л
4.3