ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ЗАДАЧА 1. Произойдет или нет изменение массы железной пластины при ее опускании в растворы: а)ZnCl₂; б)Ag NO₃; в) HCl.

РЕШЕНИЕ. Предполагаемыми окислителями в этих растворах могут выступать ионы Zn²⁺, Ag⁺, H⁺. Атомы железа во всех трех случаях должны выступать в качестве восстановителя. Из термодинамики следует, что окислительно-восстановительная реакция может протекать самопроизвольно, если потенциал окислителя будет больше, чем потенциал восстановителя. Сравним потенциалы полуреакций.

Zn²⁺ + 2ē = Zn⁰ E⁰ = -0,763 B

Ag⁺ + ē = Ag⁰ E⁰ = +0,799 B

H⁺ + ē = H⁰ E⁰ = 0,0 B

Fe - 2ē = Fe²⁺ E⁰ = -0,44 B

Видно, что железо может быть окислено только ионами серебра и водорода, так как их потенциалы более положительны.

Fe + Ag⁺ = Fe²⁺ + Ag⁰

На 1 моль растворившегося железа на пластинке осядет 1 моль металлического серебра. Сравнив их молярные массы М_Fe = 55,8 г/моль и М_Ag =107,9 г/моль, определим, что масса железной пластины увеличится.

В растворе соляной кислоты железная пластина будет растворяться, а образовавшийся газообразный водород будет удаляться из раствора:

Fe + 2Н⁺ = Fe²⁺ + Н₂⁰.

Масса железной пластины будет уменьшаться.‌‍

В растворе хлористого цинка реакции не будет, поэтому масса пластины не изменится.

ЗАДАЧА 2. Рассчитайте ЭДС медно-цинкового гальванического элемента а) в стандартных условиях;

б)если концентрации ионов составят [Zn²⁺] = 10^-2моль/л, а [Cu²⁺] = 2 моль/л.

РЕШЕНИЕ. Токообразующая реакция гальванического элемента:

Zn⁰ + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu⁰

На аноде (-) будет происходить окисление металлического цинка а на катоде (+) – восстановление ионов меди из электролита.

А) схема гальванического элемента может быть записана следующим образом:

(-)Zn│ Zn²⁺ ││ Cu²⁺ │Cu (+‌)

Для расчета ЭДС (ΔЕ⁰) в стандартных условиях воспользуемся стандартными электродными потенциалами

ΔЕ⁰ = Е⁰_окисл. - Е⁰_{восстан.}= Е⁰_Cu - Е⁰_Zn = +0,337 – (-0,763) = 1,1В.

Б) если концентрация ионов металла в растворах отличается от 1моль/л, то для расчета ЭДС необходимо вначале рассчитать потенциалы электродов. Для этого воспользуемся уравнением Нерста.

Е = Е⁰ + lg [Me⁺ⁿ]

Е_Сu = +0,337 + lg [2] =+0,346В ,

Е_Zn = - 0,763 + lg [10^-2] = - 0,822В

Рассчитаем ЭДС элемента

ΔЕ = Е_окисл. - Е_{восстан.}= Е_Cu - Е_Zn = 0,346 – (-0,822) = 1,168В.

Отметим, что по сравнению со стандартными условиями ЭДС гальванического элемента возросла.

ПРИМЕР 3. Составьте уравнение процессов, протекающих при электролизе водного раствора хлорида кадмия CdCl₂

а) с инертным анодом;