Гальванический элемент. Составьте схему процессов, происходящих при работе медно-кадмиевого гальванического элемента в стандартных условиях,...
Условие:
Решение:
Медно-кадмиевый гальванический элемент состоит из двух полуреакций: окисления меди и восстановления кадмия. Схема процессов при работе элемента выглядит следующим образом:
На аноде (отрицательный полюс): Cu(s) -> Cu2+(aq) + 2e-
На катоде (положительный полюс): Cd2+(aq) + 2e- -> Cd(s)
Общая реакция: Cu(s) + Cd2+(aq) -> Cu2+(aq) + Cd(s)
Теперь рассчитаем ЭДС гальванического элемента. Для этого воспользуемся таблицей стандартных потенциалов электродов. ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов полуреакций на аноде и катоде.
Стандартный потенциал окисления меди (Cu2+/Cu) равен +0,34 В, а стандартный потенциал восстановления кадмия (Cd2+/Cd) равен -0,40 В.
ЭДС элемента равна: E = Eкатод - Eанод E = (-0,40 В) - (+0,34 В) E = -0,74 В
Теперь рассчитаем ЭДС элемента при заданных концентрациях сульфата меди и сульфата цинка. Для этого воспользуемся уравнением Нернста:
E = E° - (RT / nF) * ln(Q)
где E - ЭДС элемента, E° - стандартный потенциал элемента, R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)), T - температура в Кельвинах, n - количество электронов, участвующих в реакции, F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль), Q - отношение активностей продуктов и реагентов.
В данном случае, так как концентрации сульфата меди и сульфата цинка даны в моль/л, можно считать их активностями.
Подставим значения в уравнение Нернста:
E = -0,74 В - (8,314 Дж/(моль·К)) * (298 К) / (2 * 96485 Кл/моль) * ln((0,01 моль/л) / (0,1 моль/л)) E ≈ -0,74 В - 0,025 В * ln(0,1) E ≈ -0,74 В - 0,025 В * (-2,3026) E ≈ -0,74 В + 0,0576 В E ≈ -0,6824 В
Таким образом, ЭДС медно-кадмиевого гальванического элемента при заданных концентрациях сульфата меди и сульфата цинка составляет примерно -0,6824 В.