Определить э.д.с. химического гальванического элемента и концентрационного гальванического элемента. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этих элементов? Хим.Au / AuCI3 (0,1M) // Cd(NO3)2 (0,01M) / Cd
КонцZn / ZnSO4 (0,01M) // ZnSO4 (0,1M) / Zn

Объяснение:

Определить э.д.с. химического гальванического элемента и концентрационного гальванического элемента. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этих элементов?

Хим.Au / AuCI3 (0,1M) // Cd(NO3)2 (0,01M) / Cd

КонцZn / ZnSO4 (0,01M) // ZnSO4 (0,1M) / Zn

Рассмотрим  сначала   химический  гальванический  элемент, гальваническая  пара  Сd - Au.  Стандартный  электродный  потенциал кадмия φ⁰(Сd²⁺/Cd⁰) = - 0,403 B.  Кадмиевый  электрод  в данном  гальваническом  элементе  будет   анодом.

Стандартный  электродный  потенциал золота φ⁰(Аu³⁺/Au⁰) = + 1,498 B.  Золотой  электрод  в данном  гальваническом  элементе  будет   катодом.

                     (–)Cd⁰ │     Cd²⁺    ││         Аu³⁺      │Аu⁰ (+)

При замкнутой   цепи  электроны  будут  перемещаться  по внешней  цепи   от  анода  к  катоду.  

При  работе гальванического элемента на аноде протекает процесс окисления кадмия: Сd --> Cd²⁺ + 2 ē.

 Электроны  по проводнику переходят на золотой  электрод, на котором протекает процесс восстановления ионов золота:  Аu³⁺ + 3ē  = Аu.

   Реальные потенциалы  золотого и кадмиевого электродов можно рассчитать по формуле Нернста:

                                                            0,0591

  E (Au³⁺/Au⁰)  =      E° (Au³⁺/Au⁰)  +  ×lg [Au³⁺] =  

                                                                  3

=  + 1,498 +  0,0591/3   ×lg 0,1   =  1,4783 В

                                                          0,0591

  E (Cd²⁺/Cd⁰)  =      E° (Cd²⁺/Cd⁰)  +  ×lg [Cd²⁺] =  

                                                                  2

=  - 0,403 +  0,0591/2   ×lg 0,01   =  - 0,4621 В

  Для  определения ЭДС элемента нужно из  потенциала катода вычесть потенциал анода.  

ЭДС =  1,4783 В - (- - 0,4621 В) =  1,9404  В.  

Концентрационными называют гальванические элементы, построенные из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы с разной активностью потенциалобразующих ионов. В нашем случае два цинковых электрода помещены в растворы с разной активностью ионов цинка:

                    (- ) Zn │  ZnSO4    ││  ZnSO4   │Zn (+)

                                   c = 0,01 М         с = 0,1 М

            Zn⁰ --> Zn²⁺ +  2ē                                          Zn²⁺ + 2ē = Zn⁰

Э. д. с. в таких элементах возникает за счет работы выравнивания  концентраций в обоих растворах. Электрод, погруженный в более разбавленный раствор, посылает в него ионы Zn²⁺ и заряжается при этом отрицательно. А на электроде, погруженном в более концентрированный раствор, ионы Zn²⁺   осаждаются,

заряжая электрод положительно. Таким образом, обоих электродах самопроизвольно идут процессы в направлении выравнивания концентраций.   Электроны  по  внешней  цепи  направляются   от более   разбавленного   раствора  к более  концентрированному.  Как  только  концентрация ионов  вокруг   анода  и  катода  сравняются   работа  концентрационного  гальванического  элемента   прекращается.

 Величина ЭДС концентрационного элемента  при 25° С, если концентрация ионов цинка в растворах равна 0,01 моль/л  и 0,1 моль/л  может быть рассчитана по уравнению:  

             2,303 R T             0,1           2,303  · 8,314· 298

ЭДС  =  ×  lg     = ×  lg 10  = 0,0591 В

                 F                     0,01                   96500