Гальванические элементы

Гальваническими элементами называют устройства, в которых энергия окислительно-восстановительных реакций преобразуется непосредственно в электрическую.

Методика рассмотрения работы гальванических элементов:

· Составляют схему гальванического элемента:

(–) Me₁ / Me₁^{n +} // Me₂ ^m+ / Me₂ (+)

· По уравнению Нернста находят потенциалы электродов.

· Указывают движение электронов во внешней цепи: от электрода с меньшим потенциалом к электроду с более высоким потенциалом.

· Записывают уравнения электродных процессов, определяют характер этих процессов.

· Составляют суммарное уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в гальваническом элементе.

· Рассчитывают величину ЭДС гальванического элемента как разность потенциалов положительного и отрицательного электродов.

Пример 1. Гальванический элемент с водородным электродом.

· Схема Zn / ZnSO₄ // H₂SO₄ , Н₂ / Pt.

1 моль/л, 1 моль/л, Т = 298 К, P = 101,3 кПa .

· Электродные потенциалы

= 0 В , = - 0,76 В (при 1 моль/л).

· Направление движения электронов во внутренней цепи - от цинкового электрода к водородному, так как потенциал цинкового электрода меньше.

ē

(–) Zn / ZnSO ₄ // H₂SO₄ , Н₂ / Pt (+)

SO₄^{2 -}

· Уравнения электродных процессов:

Zn (-): Zn - 2 ē = Zn ²⁺ - процесс окисления;

Pt (+): 2Н ⁺+ 2 ē = Н ₂ ­ - процесс восстановления.

· Суммарное уравнение:

Zn + 2Н ⁺ = Zn ²⁺ + Н ₂ ­ Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + Н ₂ ­

· Расчет величины ЭДС:

ЭДС = Е⁰_Ox - Е⁰_Red = 0 – (- 0,76) = 0,76 В.

Пример 2. Концентрационный гальванический элемент

Оба электрода из одного металла, но растворы солей, в которые погружены электроды, разной концентрации.

· Схема гальванического элемента:

Ni / NiSO ₄( = 10^-4 моль/л)// NiSO ₄ ( =1моль/л) / Ni

Стандартный электродный потенциал = - 0,25 В.

· Вычисление электродных потенциалов по уравнению Нернста:

= + · lg = -0,25 + ·lg 10 ^-4 = -0,309 B.

= = - 0,25 B.

· Направление движения электронов по внешней цепи от Ni₁ электрода к Ni₂, так как >

ē

(-) Ni₁ / NiSO₄ (10^-4 М) // NiSO₄ (1 М) / Ni ₂ (+)

SO₄^2–

· Уравнения электродных полуреакций:

Ni₁ (-): Ni - 2 ē = Ni ²⁺ - процесс окисления;

Ni₂ (+): Ni²⁺ + 2 ē = Ni -процесс восстановления.

· Расчет величины ЭДС:

ЭДС = - = - 0,25 - (- 0,309) = 0,059 В.