ответьте на вопросы для гальванической пары Mg | Mg2+ || H+| H2 , Pt: 1. определите анод и катод;
2. запишите электрохимическую схему гальванического элемента;
3. напишите уравнения процессов на аноде и катоде во время работы гальванического элемента и уравнение токообразующей реакции;
4. укажите, каким образом изменяются концентрации электролитов и соответственно равновесные потенциалы в полуэлементах при прохождении тока;
5. рассчитайте электродвижущую силу гальванического эле-мента.
Объяснение:
Составить схему гальванического элемента, состоящего из магниево-го и медного(II) электродов. Рассчитать стандартную ЭДС, написать уравнения электродных процессов и токообразующей ОВР.
Гальванический элемент обычно состоит из двух пластин (электродов) обычно из разного металла) опущенных в растворы солей.
При работе элемента, т. е. при замкнутой цепи, в первом полуэлементе магний отдает ионы в раствор и заряжается при этом отрицательно, т.е. происходит процесс окисления: Mg = Mg2+ + 2ē.
Во втором полуэлементе на положительно заряженном медном электроде происходит разряд ионов Сu2+ (восстановление), сопровождающийся
осаждением меди: Сu2+ +2ē = Cu .
Суммарная токообразующая реакция будет выглядеть так:
Mg(0) + Cu2+ = Mg2+ + Cu(0 )
Схема данного гальванического элемента может быть изображена
следующим образом:
A (-)Mg │Mg2+││Cu2+│Cu (+) K
Вертикальная линия обозначает границу раздела между металлом и раствором, а двойная вертикальная линия – границу раздела между двумя жидкими фазами – двумя растворами электролитов.
Cтандартные значения электродных потенциалов φ( Mg2+/Mg) и
φ( Cu2+/Cu) составляют соответственно - 2,370 В и 0,342 В.
Чтобы рассчитать стандартную ЭДС гальванического элемента нужно из потенциала катода (Сu) вычесть потенциал анода (Mg)
ЭДС = 0,342 В - ( - 2,370 В) = 2,712 В.
2. Электрохимическая схема для данного гальванического элемента будет выглядеть следующим образом: Mg (анод) | Mg2+ || H+ | H2 (катод), Pt.
3. Процессы на аноде и катоде:
Анод: Mg → Mg2+ + 2e-
Катод: 2H+ + 2e- → H2
Токообразующая реакция: Mg + 2H+ → Mg2+ + H2
4. При прохождении тока, концентрации электролитов могут изменяться:
Концентрация Mg2+: уменьшается, так как Mg2+ образуется на аноде
Концентрация H+: увеличивается, так как H+ уходит с катода
Равновесные потенциалы полуэлементов также могут изменяться под воздействием тока, так как изменяется концентрация веществ. Однако, с учетом стандартных потенциалов данного гальванического элемента, можно предположить, что изменение равновесных потенциалов будет незначительным.
5. Для расчета электродвижущей силы (ЭДС) гальванического элемента можно использовать формулу:
ЭДС = потенциал катода - потенциал анода
= E°(катода) - E°(анода)
Где E°(катода) и E°(анода) - стандартные потенциалы соответствующих полуреакций.
В данном случае, стандартный потенциал водородной реакции E°(катода) равен 0 В, а стандартный потенциал реакции Mg -2,37 В (доступно в таблице стандартных потенциалов). Подставляя значения в формулу:
ЭДС = 0 В - (-2,37 В)
= 2,37 В
Электродвижущая сила данного гальванического элемента составляет 2,37 В.