Вычислите э.д.с. серебряно-кадмиевого гальванического элемента, если образующие его электроды погружены в 0,1М растворы AgNO3 и в 0,001М раствор Cd(NO3)2. Составьте уравнения электрохимических процессов, происходящих на его электродах.
Дано:
[Ag+] = 0.1 моль/л
[Cd2+] = 0.001 моль/л
Найти:
Е - ?
Решение
Схема гальванического элемента:
А (анод) (-): Cd | Cd2+|| К (катод) (+): Ag+ | Ag
На катоде протекает восстановление металла:
(+) Катод: Ag+ + e- → AgEo = +0.799 В
На аноде протекает растворение металла:
(-) Анод: Cd - 2e- → Cd2+ Eo = -0.403 В
Токобразующая реакция:
2Ag+ + Cd 0 = Sn↓ + 2Ag
Электроны идут по внешней цепи от кадмия к серебру, соответственно направления тока обратное: от серебра к кадмию.
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(Cd/Cd2+) = E0(Cd/Cd2+) + 2.3*R*Tz*F lg[Cd2+] = -0.403 + 2.3*8.31*2982*96500 lg[0,001] = -0.403 + 0.03* lg[0,001] = -0,493 В
Катода:
E(Ag/Ag+) = E0(Ag/Ag+) + 2.3*R*Tz*F lg[Ag+] = 0.799 + 2.3*8.31*2981*96500 lg[0,1] = 0.799 + 0.059* lg[0,1] = 0.74 В
ЭДС элемента равен:
Е = Ек-Еа = 0,74 – (-0,493) = 1,233 В
Ответ: Е = 1,233 В