Ответы
(-) Сd (Нg) | Сd SО4 | Сd (Нg) (+)
а1 Сd (Нg) > а2 Сd (Нg)
и водородный концентрационный элемент
(-) Рt, Н2 | Н+ | Н2, Рt (+)
р1Н2 > р 2Н2
уравнение Нернста для расчета ЭДС такого элемента имеет вид
Е = (RТ / 2F) ln (а1Сd (Нg) / а2 Сd (Нg) ) , где а1Сd (Нg) и а2 Сd (Нg) активности кадмия в амальгамах анода и катода
Анодами в концентрационных гальванических элементах всегда являются электроды с меньшими значениями активностей окисленной формы аВф = соnst (первый пример) или с большими значениями активностей восстановленной формы при
аОф = соnst (второй пример) стандартная ЭДС для концентрационных гальванических элементов равна нулю.
Водородный показатель рН –это взятый с обратным знаком десятичный логарифм концентрации ионов Н3О+
рН = - lg [Н3О] + =7.нейтральным будет раствор, у которого рН = 7. у
Если на электродах испытывает превращение один моль вещества, то по закону Фарадея через систему протекает количество электричества равное ΖF, где Ζ – число молей эквивалентов в одном моле вещества. Таким образом, максимальная электрическая работа гальванического элемента при превращении одного моля вещества Wмэ = ΖFЕ, где Е – эдс гальванического элемента. В то же время максимальная полезная работа Wм.р которую может совершить система при протекании реакции при постоянном давлении, равна энергии Гиббса Wм.р = - ΔG
Частным случаем химических гальванических элементов являются окислительно-восстановительные элементы. Из двух электродов хотя бы один должен быть окислительно-восстановительным. Если в качестве второго электрода использовать стандартный водородный, то ЭДС элемента
(-) Р t, Н2 | Н+ | | Fе3+ , Fе2+ | Р t
РН2 = ОН+ = 1
Равна электродному потенциалу оислительно-восстановительной системы.
Е = j Fе3+ / Fе2+ - j0 Н+/Н2 = j0 Fе3+ / Fе2+ + (RТ/F) ln (аFе3+/ аFе2+), где
j0 Fе3+ / Fе2+ - стандартный потенциал окислительно-востановительной системы, равный
ее потенциалу при аFе3+ = аFе2+
Электродные и токообразующие процессы в таком элементе описываются уравнениями
(-) А : Н2 г → 2Н+р + 2е 1
(+) К : Fе3+р + е → Fе2+р 2
∑ : 2Fе3+р + Н2 г → 2 Fе 2+р + 2Н+р
Концентрационные гальванические элементы состоят из двух одинаковых электродов, у которых различаются активности одного или нескольких участников электродного процессов. Они генерируют электрическую энергию за счет выравнивания химических потенциалов веществ в растворах. Существуют следующие концентрационные гальванические элементы:
- элементы с различной активностью иона в растворах электролита катодного и анодного пространств, например никелевый концентрационный гальванический элемент (-)Ni | Ni2+ | | Ni 2+ | Ni (+)
а1Ni2+ < а2Ni2+
уравнение Нернста для расчета ЭДС такого элемента имеет вид
Е = (RТ / 2F) ln (а2Ni2+ /а1Ni2+ ) , где а1Ni2+ и а2Ni2+ активности катионов никеля в анодном и катодном пространствах соответственно.
Уравнения электродных процессов
(-) А : Ni → Ni2+ + 2е
(+) К : Ni2+ +2е →Ni
- элементы с одним раствором электролита, у которого различаются активности металла в составе сплавов катода и анода или давление газа в газовых полуэлементах, например амальгамный концентрационный элемент:
(-) Сd (Нg) | Сd SО4 | Сd (Нg) (+)
а1 Сd (Нg) > а2 Сd (Нg)
и водородный концентрационный элемент
(-) Рt, Н2 | Н+ | Н2, Рt (+)
р1Н2 > р 2Н2