NF nF n

φ⁰ – стандартный электродный потенциал,численно равный потенциалу электрода когда концентрация ионов металла [Ме⁺ⁿ ] равна = 1 моль/л;

R – универсальная газовая постоянная, Т К – температура Кельвина; F – число Фарадея;

n – число электронов, участвующих в электродном процессе; 0,059в = RT/ F = 8,31_* 298 / 96500 (в).

ЭД.С. (Е)– электродвижущая силагальванического элемента рассчитывается как разность потенциалов двух электродов соединенных между собой. Э.Д.С. характеризует способность электронов к движению во внешней цепи, поэтому Э.Д.С > 0.Помеждународному соглашению Э.Д.С. направлена слева направо:

Е = φ_{правый электрод}–φ_{левый электрод.}

Для элемента Вольта Е = φ(анод) - φ(катод) = φ (Cu) - φ (Zn) или в соответствии с уравнением Нернста:

Е = φ⁰ (Сu) + 0,059 lg [Cu⁺²] - φ⁰ (Zn) - 0,059 lg [Zn⁺²]

2 2

Стандартный электродный потенциал φ⁰ (Ме⁺ⁿ ) определяют измерением Э.Д.С. гальванического элемента, составленного из металлического электрода и стандартного водородного электрода, потенциал которого условно принят за ноль. Стандартный водородный электродпредставляет собой платиновую пластину, покрытую рыхлой платиновой чернью, которая погружена в раствор серной кислоты, концентрация ионов водорода в котором равна 1 моль/л. Через раствор под давлением 1 атм = 1,03 10⁵ Па пробулькивает газообразный водород. Этот электрод является обратимым и может функционировать как анод или как катод:

- как анод Pt │ H₂ │ H⁺ (H₂SO₄), φ ⁰ = 0,059 lg [Н⁺]² = 0

- как катод ║ H⁺ (H₂SO₄), │ H₂ │ Pt 2 Р(H₂₎

Стандартные электродные потенциалы для всех известных металлов определены и помещены в таблицу. Чем отрицательнее значение стандартного электродного потенциала, тем сильнее выражены восстановительные свойства металла. Используя значения φ⁰_(Ме),можно представить ряд напряжения металлов, причем место каждого металла в этом ряду говорит о восстановительных свойствах металлов.

Пример. Рассчитать Э.Д.С. гальванического элемента составленного из свинцового и никелевого электрода, помещенных в растворы собственных солей. Концентрация потенциалопределяющих ионов равна: [Ni⁺²] = 0,01моль/л, [Fe⁺³] = 0,1 моль/л. Составьте электродные реакции и укажите катод т анод.

Решение: Используя уравнение Нернста, рассчитаем значения электродного потенциала, который возникает на каждом электроде.

Никелевый электрод: φ⁰_(Ni) = -0,25 в + (0,059в/2) lg 10^-2 = -0,25в + ( -2 _* 0,0295в) = -0,309 в.

Железный электрод φ⁰_(Fe) = -0,037в + (0,059в /3) lg 10^-1 = -0,037в + (-1 _* 0,0197 )в =-0,056в

Э.Д.С.>0, поэтому Е = φ⁰_(Fe) - φ⁰_(Ni) = -0,056 – (-0,309) = -0,253 в.

Электродные реакции: анод - Fe⁺³ + 3e = Fe⁰

катод - Ni⁰ – 2е = Ni⁺² .

Стандартные электродные потенциалы

ЗАДАЧИ

161. Рассчитайте Э.Д.С гальванического элемента, составленного из медного и свинцового электродов, погруженных в 0,1 М растворы собственных солей. Напишите уравнения электродных реакций.

162. Рассчитайте Э.Д.С гальванического элемента, составленного из цинкового и магниевого электродов, погруженных в 0,1 М и 0,01 М растворы собственных солей, соответственно. Напишите уравнения электродных реакций

163. Какой электрод – алюминиевый или кадмиевый является катодом при стандартных условиях. Ответ подтвердите расчетом Э.Д.С гальванического элемента и электродными реакциями.

164. Какой электрод – золотой или серебряный анодом при стандартных условиях. Ответ подтвердите расчетом Э.Д.С гальванического элемента и электродными реакциями.

165. Расставьте следующие металлы в порядке ослабления их восстановительных свойств: Mn, Sr, Na, Cu, Pb, Cd. Ответ мотивируйте, используя для этого стандартные электродные потенциалы.

166. Расставьте следующие металлы в порядке усиления их восстановительных свойств: Sn, Cr, Zn, Au, Mg, Ca. Ответ мотивируйте, используя для этого стандартные электродные потенциалы.

167. Какой металл в паре играет роль катода при стандартных условиях и почему:

Мg – Cu; Sr - Co; Ag – Ba; AI – V.

168. Какой металл в паре играет роль анода при стандартных условиях и почему:

K – Ca; Cu - Ni; Zn – Sn; Cd – Cr.

169. Рассчитайте Э.Д.С гальванического элемента, составленного из медного и свинцового электродов, погруженных в 0,1 М и 0,01М , растворы собственных солей, соответственно.

170. Составьте гальванический элемент, составленный из водородного и кадмиевого электродов. Концентрация потенциалопределяющих ионов равна 1 моль/л, давление газообразного водорода 1 атм. Какую роль в этом ГЭ играет водородный электрод? Составьте уравнения электродных реакций.

171. Назовите три металла, которые при стандартных условиях в паре с кальциевым электродом будут выполнять роль анода. Ответ мотивируйте.