1. Приведите определение электрода, гальванического элемента. 2. Дайте определение электродного потенциала (в водородной шкале). (Решение → 36606)

Заказ №38767

1. Приведите определение электрода, гальванического элемента. 2. Дайте определение электродного потенциала (в водородной шкале). Приведите гальванический элемент, ЭДС которого отвечает потенциалу более положительного электрода элемента, приведенного в табл. 3. 3. Приведите примеры электродов: 1-го рода, 2-го рода, газовых и окислительновосстановительных. Напишите уравнения электродных полуреакций и уравнение Нернста для потенциала каждого электрода. 4. Для химического гальванического элемента А (табл. 3) укажите значения стандартных электродных потенциалов ( o Ei ) и запишите электродные реакции. Рассчитайте стандартное значение ЭДС элемента ( o E ). 5. Напишите химическую реакцию, самопроизвольно протекающую в гальваническом элементе А (табл. 3). 6. Рассчитайте ЭДС ( E ) гальванического элемента А при 298 K . 7. На базе электрода, являющегося положительным полюсом гальванического элемента А, составьте концентрационный гальванический элемент с переносом (концентрации контактирующих растворов m1 и m2 ). 8. Запишите суммарный процесс, протекающий в концентрационном гальваническом элементе, рассчитайте ЭДС этого элемента при 298 K и определите полярность электродов. 9. Напишите электрохимическую форму основного уравнения термодинамики, т.е. уравнение, связывающее стандартную ЭДС ( o E ) гальванического элемента, стандартный тепловой эффект ( o rHT ) реакции, протекающей в элементе, и температурный коэффициент ЭДС   o   p E T . 10. Составьте гальванический элемент без переноса, в котором самопроизвольно протекает химическая реакция D (табл. 4). 11. Рассчитайте при 298 K стандартную ЭДС ( o E ) гальванического элемента без переноса, в котором протекает химическая реакция D, на основании значений стандартных электродных потенциалов [3]. 12. Рассчитайте изменение стандартных термодинамических функций химической реакции D при 298 K ( o rG , o rH и o rS ) используя значение o E (п. 11) и величину температурного коэффициента ЭДС (табл. 4). Таблица 3 № варианта Гальванический элемент А m1 m2 7 Pt |Cd| CdSO4| || HCl (m2) | Cl2 |Pt 0,30 0,03 13. Определите стандартную (термодинамическую) константу равновесия o K реакции D при 298 K . 14. Определите, какое количество теплоты Q выделяется (поглощается) при обратимой работе элемента без переноса ( T  298 K ). Нагревается или охлаждается при этом гальванический элемент, если он работает в условиях плохого теплообмена с окружающей средой? 15. Составьте гальванический элемент, с помощью которого можно определить средний ионный коэффициент активности электролита A (табл. 4) в водном растворе с концентрацией m . Запишите уравнения электродных полуреакций и уравнение самопроизвольной химической реакции, протекающих в гальваническом элементе. Получите выражение для расчета среднего ионного коэффициента электролита A. 16. Составьте гальванический элемент, с помощью которого можно определить pH водного раствора, содержащего электролит В (табл.4) с концентрацией m . Запишите уравнения электродных процессов. Получите расчетное выражение для нахождения pH раствора электролита В. Если Вы затрудняетесь выполнить это задание, то обратитесь к литературе [2], с. 312 – 337, примеры 1, 5, 12, 14 (задачи с решениями) Таблица 4 № варианта Химическая реакция D o           p E T , В K Электролит А В 7 Pb+Hg2Cl2 = PbCl2+2Hg 4 1,45 10  CdCl2 CHCl2COOH

Решение:

Электрод — это электрический проводник, имеющий электронную проводимость (проводник 1-го рода) и находящийся в контакте с ионным проводником — электролитом (ионной жидкостью, ионизированным газом,твёрдым электролитом). Гальванический элемент — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и/или ихоксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Электродный потенциал — ЭДС элемента, составленного из данного электрода и стандартного водородного электрода, электродный потенциал которого принят равным нулю. При этом знак электродного потенциала считают положительным, если в таком гальваническом элементе испытуемый электрод является катодом, и отрицательным, если испытуемый электрод является анодом. Необходимо отметить, что иногда электродный потенциал определяют как "разность потенциалов на границе электрод – раствор", т.е. считают его тождественным потенциалу ЭДС, что не вполне правильно (хотя эти величины взаимосвязаны). Согласно справочным данным, стандартный электродный потенциал равен: Е 0 (Cd/Cd+2) = -0,402 B; Е0 (Cl- /Cl2) = +1,36 B. Используя уравнение Нернста, вычислим наибольшее значение электродного потенциала одного из элементов: Е (Cd/Cd+2) = Е0 (Cd/Cd+2) + 0,059*lg m1/2 = -0,402 + 0,059*lg 0,30/2 = -0,417 (B) Е (Cl- /Cl2) = Е0 (Cl- /Cl2) + 0,059*lg m2/2 = 1,36 + 0,059*lg 0,03/2 = 1,315 (B) Следовательно, Е (Cl- /Cl2) имеет большее значение, чем Е (Cd/Cd+2). 3. К электродам первого рода относятся электроды, в уравнение Нернста которых под знаком логарифма входят активности веществ, участвующих в электродной реакции. Потенциал таких электродов меняется с изменением концентрации реагентов. Электродами первого рода являются: 1. Электроды, состоящие из элементарного вещества, находящегося в контакте с раствором, содержащим его собственные ионы. а) Металлический электрод – металл, погруженный в раствор своей соли M|Mn+ , например, цинковый и медный электроды: Металлический электрод обратим по отношению к катиону. Его электродный потенциал б) Газовый электрод в качестве одного из компонентов электродной пары содержит газ (H2, Cl2 и др.), адсорбированный на химически инертном проводнике первого рода (обычно платина, покрытая платиновой чернью). При контакте адсорбированного газа с раствором собственных ионов устанавливается равновесие. Для хлорного и водородного электродов это равновесие можно представить уравнениями: Соответствующие им уравнения Нернста имеют вид: Очевидно, что их электродный потенциал зависит от давления и активности (концентрации) ионов в растворе. 2. Редокс-электроды состоят из электрохимически инертного проводника (платины, графита и т. д.), погруженного в раствор, в котором находятся окисленная и восстановленная формы потенциалопределяющего вещества. Такой инертный проводник способствует передаче электронов от восстановителя к окислителю через внешнюю цепь. Примерами таких электродов могут служить редокс-электроды с ионами в различных степенях окисления: (Pt)Sn4+, Sn2+, (Pt)Fe3+ , Fe2+ . Электроды второго рода представляют собой металлические электроды, покрытые слоем труднорастворимой соли того же металла. При погружении в раствор соли одноименного аниона его потенциал будет определяться активностью иона в растворе. а) Хлорсеребряный электрод (ХСЭ) Ag, AgCl|Cl– представляет собой серебряный проводник, покрытый твердым AgCl, который погружен в насыщенный раствор KCl. Серебро электрохимически взаимодействует со своим ионом: Ag+ + e– = Ag. Уравнение Нернста для этого процесса: Однако в присутствии труднорастворимого AgCl активность ионов серебра очень мала и ее трудно определить. Но активность ионов Ag+ связана с легко задаваемой в данной системе активностью ионов Cl– произведением растворимости хлорида серебра ПРAgCl: