Электродные потенциалы. Гальванические элементы

Пример 1. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, суммарные ионно-молекулярное и молекулярное уравнения этих процессов, протекающих в гальваническом элементе, схема которого:

Ni │ NiSO₄ ║ CoSO₄ │ Co

(0,001 M) (1 M)

(В скобках приведены молярные концентрации растворов соответствующих солей). Вычислите величину электродвижущей силы (ЭДС) гальванического элемента.

Решение. Рассчитаем величины электродных потенциалов по уравнению Нернста:

,

где – стандартный электродный потенциал (см. в Приложении: табл. 6; = –0,25 В; = –0,28 В).

= –0,25 + ·(–3) = –0,34 В.

= –0,28 + ·0 = –0,28 В.

На электроде, имеющем меньший потенциал, происходит отдача электронов, т. е. окисление. Этот электрод называется анодом. Поскольку < , анодом является никелевый электрод.

На электроде, имеющем больший потенциал, происходит принятие электронов, т. е. восстановление. Этот электрод называется катодом. Им является кобальтовый электрод.

Процессы, протекающие в гальваническом элементе:

Анод Ni – 2 = Ni²⁺

Катод Co²⁺ + 2 = Co

Ионно-молекулярное уравнение: Ni + Co²⁺ = Ni²⁺ + Co

Молекулярное уравнение: Ni + CoSO₄ = NiSO₄ + Co

ЭДС = E_(к) – E_(а) = –0,28 – (–0,34) = 0,06 В.

Пример 2. В каком направлении может самопроизвольно протекать реакция

2Bi + 3CdCl₂ 2BiCl₃ + 3Cd

Составьте схему гальванического элемента, в котором протекает эта реакция. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное ионно-молекулярное уравнение. Определите ЭДС при концентрациях потенциалообразующих ионов в анодном и катодном пространстве, равных 1 .

Решение. Окислительно-восстановительная реакция возможна, если потенциал предполагаемого окислителя больше потенциала предполагаемого восстановителя: E_окисл > E_восст. Для прямой реакции

окислителем должен являться ион Cd²⁺, а восстановителем – металлический висмут . Однако соотношение их электродных потенциалов: = –0,40 В < = +0,22 В, т.е. электродный потенциал предполагаемого окислителя оказывается меньше потенциала предполагаемого восстановителя: E_окисл < E_восст. Прямая реакция невозможна.

Для обратной реакции окислителем оказывается ион Bi³⁺, а восстановителем – металлический кадмий , т.е. E_окисл > E_восст. Возможно самопроизвольное протекание обратной реакции

2BiCl₃ + 3Cd = 2Bi + 3CdCl₂

В гальваническом элементе на аноде (Cd) протекает процесс окисления кадмия, а на катоде (Bi) – процесс восстановления ионов Bi³⁺:

Анод Cd – 2 = Cd²⁺ │ 3

Катод Bi³⁺ + 3 = Bi │ 2

2Bi³⁺ + 3Cd = 2Bi + 3Cd²⁺

Схема гальванического элемента:

(А) Cd │ CdCl₂ ║ BiCl₃ │ Bi (К)

ЭДС = E_(к) – E_(а) = – = +0,22 – (–0,40) = 0,62 В.