Написать катодный и анодный процессы, уравнение токообразующей реакции и вычислить ЭДС гальванического элемента. Указать полярность электродов.
46) Fe| Fe+3 (2 моль/л ) || Cu+2 (0,01 моль/л )|Cu
Дано:
[Fe3+] = 2 моль/л
[Cu2+] = 0.01 моль/л
Найти:
Е - ?
Решение
Схема гальванического элемента:
А (анод) (-): Fe | Fe3+ || К (катод) (+): Cu2+ | Cu
На катоде протекает восстановление металла:
(+) Катод: Cu2+ + 2e- → CuEo = +0.337 В
На аноде протекает растворение металла:
(-) Анод: Fe - 3e- → Fe3+ Eo = -0.037 В
Токобразующая реакция:
3Cu2+ + 2Fe0 = 3Cu2+ + 2Fe3+
Электроны идут по внешней цепи от железа к меди, соответственно направления тока обратное: от меди к железу.
Рассчитаем ЭДС гальванического элемента, используя уравнение Нернста:
E=E0+2.3RTzFlg[Ox][Red]
где
E — электродный потенциал, В,
E0 — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;
R — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);
T — абсолютная температура, K;
F — постоянная Фарадея, равная 96500 Кл·моль−1;
z — число электронов, участвующих в процессе;
[Ox] – концентрация окисленной формы моль/л
[Red] – концентрация восстановленной формы моль/л
Применительно для металла, погруженного в раствор своей соли, формула упрощается до вида:
E=E0+2.3RTzFlg[Ox]
Стандартные потенциалы равны:
Анода:
E(Fe/Fe3+) = E0(Fe/Fe3+) + 2.3*R*Tz*F lg[Fe3+] = -0.037 + 2.3*8.31*2983*96500 lg[2] = -0.037 + 0.02* lg[2] = -0,03 В
Катода:
E(Cu/Cu2+) = E0(Cu/Cu2+) + 2.3*R*Tz*F lg[Cu2+] = 0.337 + 2.3*8.31*2982*96500 lg[0,01] = 0.337 + 0.03* lg[0,01] = 0,277 В
ЭДС элемента равен:
Е = Ек-Еа = 0,277 – (-0,03) = 0,307 В
Ответ: Е = 0,307 В