Электрохимические процессы гальванический элемент (Таблица 5)

1.1.Сравним стандартные электродные потенциалы рассматриваемых металлов
E0( Cu2+/ Cu) = 0,34 B
E0( Mg2+/ Mg) = -2,36B
E0( Mg2+/ Mg) < E0( Cu2+/ Cu)
Следовательно Mg будет анодом, а Сu - катод
А (- ) Mg0 -2е = Mg2+ процесс окисления
К (+ ) Сu2+ +2е = Сu0 процесс восстановления
Mg0 + Сu2+ = Mg2+ + Сu0
4.1.2 В работающем ГЭ при прохождении тока I напряжение U меньше ЭДС из-за явления поляризации катода (EК) и анода (ЕА) и омического падения напряжения на сопротивлении r1 в проводниках с электронной проводимостью (проводниках первого рода) и на сопротивлении r2 в электролите (проводнике второго рода)
Поляризацией называется изменение потенциала электрода при прохождении электрического тока: , где Ei - потенциал электрода под током; Еp – равновесный потенциал электрода.
В гальваническом элементе при прохождении электрического тока потенциал анода становится более положительным, а потенциал катода – более отрицательным, что приводит к уменьшению напряжения U
Ход поляризационных кривых ГЭ: .
4 .1. 3Рассчитаем энергию Гиббса токообразующего процесса;
Mg0 + Сu2+ = Mg2+ + Сu0
∆r G0 =∆f G0 ( Mg 2+) +∆ fG0 ( Cu) ) – (∆f G0 (Mg) +∆f G0 (Cu2+) =
==∆f G0 ( Mg 2+) -∆f G0(Cu2+)=( -457,3) – (- 65,0) = -382,3 кДж
ЭДС = ЕК – ЕА = 0,34 – (-2,36) =2,70В
∆r G0 = -n*F* ЭДС =- 2*96500*2,70 =-521,1кДж
4.1.4. Увеличить ЭДС данного ГЭ можно, если:
– увеличить температуру;
– уменьшить активность ионов Mg2+;
– уменьшить активность ионов Cu2+– ;
4.2. Электролиз водных растворов (Таблица 6).
4.2.1. Для водного раствора электролита (столбец 2) определите его ионный состав и запишите уравнения предполагаемых процессов на заданных электродах (столбец 3) при электролизе с учетом значения катодного выхода металла по току ВМ (столбец 4).
4.3.2 . Определите потенциалы предполагаемых процессов, учитывая значения рН электролита (столбец 7).
4.3.3. Покажите приблизительный ход поляризационных кривых при электролизе.
4.3.4. Рассчитайте массу или объем веществ, которые выделятся на катоде и аноде, если электролиз вести при заданной силе тока I (столбец 5), в течение времени τ (столбец 6). В случае растворимых анодов считать выход по току металла 10 %.
Номер варианта
Электролит
Заданные электроды
Выход по току, ВМ Сила тока
I, А Время
τ, ч pH электролита
21 K2SO4 Fe 0 20 3 7
K2SO4 = 2K + + SO42—
() Kатод K+ H2O
E0( K+/ K) = 2,92 B ; при рН =7 = 1 B.
Так как > E0( K+/ K) происходит восстановление воды:
K (-) 2H2O +2ē = H 2+ 2 OH —
(+) Aнод SO4 2— H2O
Сульфат-ионы не разряжаются. 1,8 B.
происходит окисление воды:
А(+) 2H2O 4ē = O2 + 4 H +
При электролизе в результате прохождения через систему постоянного электрического тока происходит поляризация электродов (ЕК, ЕА): потенциал анода становится более положительным, а потенциал катода – более отрицательным и возникает омическое падение напряжения на внутреннем сопротивлении электрохимической цепи R (Еом = R.I). Поэтому напряжение ( U ), которое необходимо подать на электроды от внешнего источника постоянного тока, больше минимальной разности потенциалов (Umin), равной разности равновесных потенциалов процессов :
.
Поляризационные кривые процесса электролиза водного раствора K2SO4
4.3.4Объем газообразных веществ, выделяющихся при электролизе, ,
где V объем газа, выделяющегося на электроде; V 0 объем 1 моль газообразного вещества при нормальных условиях (22,4 л/моль).
VН2 = 22,4 *20*3*3600/ 2* 96500 =25,1л
VО2 = 22,4 *20*3*3600/ 4* 96500 =12,5л
4.3