Написать катодный и анодный процессы, уравнение токообразующей реакции и вычислить ЭДС гальванического элемента. Указать полярность электродов.
Al| Al+3 (2 моль/л ) || Cd+2 (0,1 моль/л )|Cd
Дано:
[Al3+] = 2 моль/л
[Cd2+] = 0.1 моль/л
Найти:
Е - ?
Решение
Схема гальванического элемента:
Al| Al+3 (2 моль/л ) || Cd+2 (0,1 моль/л )|Cd
На катоде протекает восстановление металла:
(+) Катод: Cd2+ + 2e- → CdEo = -0.403 В
На аноде протекает растворение металла:
(-) Анод: Al - 3e- → Al3+Eo = -1.663 В
Токобразующая реакция:
3Cd2+ + 2Al0 = 3Cd↓ + 2Al3+
Электроны идут по внешней цепи от алюминия к кадмию, соответственно направления тока обратное: от кадмия к алюминию.
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(Al/Al3+) = E0(Al/Al3+) + 2.3*R*Tz*F lg[Al3+] = -1.663 + 2.3*8.31*2983*96500 lg[2] = -1.663 + 0.02* lg[2] = -1,657 В
Катода:
E(Cd/Cd2+) = E0(Cd/Cd2+) + 2.3*R*Tz*F lg[Cd2+] = -0.403 + 2.3*8.31*2982*96500 lg[0,1] = -0.403 + 0.03* lg[0,1] = -0,433 В
ЭДС элемента равен:
Е = Ек-Еа = -0,433 – (-1,657) = 1,224 В
Ответ: Е = 1,224 В