Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из
которых кадмий является анодом, а в другом – катодом. Напишите
уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС каждого элемента.
В гальваническом элементе анодом (отрицательным электродом) становится металл, обладающий меньшим значением электродного потенциала восстановления, а катодом (положительным электродом) – металл с большим значением электродного потенциала восстановления.
КАДМИЙ – КАТОД
Чтобы кадмий в гальванической паре являлся катодом, необходимо в качестве второго электрода взять металл с меньшим электродным потенциалом восстановления. Возьмем в качестве второго электрода цинковый электрод.
E°(Cd(2+)/Cd) = – 0,402 B
Еº(Zn(2+)/Zn) = − 0,76 B
E°(Cd(2+)/Cd) > Еº(Zn(2+)/Zn)
В схеме гальванического элемента слева записывается анод, а справа – катод, тогда схема гальванического элемента в общем виде.
Zn | Zn(+2) || Cd(+2) | Cd
Электроды должны быть опущены в растворы собственных солей. Пусть кадмиевый катод будет опущен в раствор соли CdSO4 с молярной концентрацией 1,0 моль/л, а цинковый анод опущен в раствор соли ZnSO4 с молярной концентрацией 1,0 моль/л.
Тогда схема гальванического элемента будет иметь вид.
Zn | ZnSO4 (1,0 М) || CdSO4 (1,0 М) | Cd
На аноде протекает процесс окисления, а на катоде – процесс восстановления.
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (–) Zn – 2е = Zn(2+) | 1 – окисление на аноде
Катод (+) Cd(2+) + 2e = Cd↓ | 1 – восстановление на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение токообразующей реакции, которое в ионной форме, выражает происходящую в элементе реакцию.
Zn + Cd(2+) → Zn(2+) + Cd↓
Поскольку молярные концентрации электролитов равны 1,0 моль/л, то можно посчитать стандартную ЭДС гальванического элемента.
ЭДС° = Е (катода) – Е (анода) = Еº(Cd(2+)/Cd) – Еº(Zn(2+)/Zn) = (– 0,402) – (− 0,76) = 0,358 В
КАДМИЙ – АНОД
Чтобы кадмий в гальванической паре являлся анодом, необходимо в качестве второго электрода взять металл с большим электродным потенциалом восстановления. Возьмем в качестве второго электрода медный электрод.
E°(Cd(2+)/Cd) = – 0,402 B
Еº(Cu(2+)/Cu) = + 0,388 В
Еº(Cu(2+)/Cu) > Еº(Cd(2+)/Cd)
Схема гальванического элемента в общем виде.
Cd | Cd(+2) || Cu(2+) | Cu
Пусть кадмиевый анод будет опущен в раствор соли CdSO4 с молярной концентрацией 1,0 моль/л, а медный катод опущен в раствор соли CuSO4 с молярной концентрацией 1,0 моль/л.
Тогда схема гальванического элемента будет иметь вид.
Cd | CdSO4 (1,0 M) || CuSO4 (1,0 M) | Cu
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (–) Cd – 2е = Cd(2+) | 1 – окисление
Катод (+) Cu(2+) + 2e = Cu↓ | 1 – восстановление
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в элементе реакцию.
Cd + Cu(2+) → Cd(2+) + Cu↓
Поскольку молярные концентрации электролитов равны 1,0 моль/л, то можно посчитать стандартную ЭДС гальванического элемента.
ЭДС° = Е (катода) – Е (анода) = Еº(Cu(2+)/Cu) – Еº(Cd(2+)/Cd) = 0,388 – (– 0,402) = 0,79 В
⇢