Написать катодный и анодный процессы, уравнение токообразующей реакции и вычислить ЭДС гальванического элемента. Указать полярность электродов.
Mg| Mg+2 (1 моль/л ) || Zn+2 (0,01 моль/л )|Zn
Дано:
[Mg2+] = 1 моль/л
[Zn2+] = 0.01 моль/л
Найти:
Е - ?
Решение
Схема гальванического элемента:
А (анод) (-): Mg | Mg2+ || К (катод) (+): Zn2+ | Zn
На катоде протекает восстановление металла:
(+) Катод: Zn2+ + 2e = ZnEo = -0.763 В
На аноде протекает растворение металла:
(-) Анод: Mg - 2e- → Mg2+ Eo = -2.363 В
Токобразующая реакция:
Zn2+ + Mg0 = Zn↓ + Mg2+
Электроны идут по внешней цепи от магния к цинку, соответственно направления тока обратное: от цинка к магнию.
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(Mg/Mg2+) = E0(Mg/Mg2+) + 2.3*R*Tz*F lg[Mg2+] = -2.363 + 2.3*8.31*2982*96500 lg[1] = -2.363 + 0.03* lg[11] = -2,363 В
Катода:
E(Zn/Zn2+) = E0(Zn/Zn2+) + 2.3*R*Tz*F lg[Zn2+] = -0.763 + 2.3*8.31*2982*96500 lg[0,01] = -0.763 + 0.03* lg[0,01] = -0,823 В
ЭДС элемента равен:
Е = Ек-Еа = -0,823 – (-2,363) = 1,54 В
Ответ: Е = 1,54 В