1)Определить ЭДС гальванического элемента

Первая задача
См (ZnSO4) = 0,001 M
Cм (CuSO4) = 1 M
В гальваническом элементе анодом становится металл, обладающий меньшим значением электродного потенциала, а катодом – металл с большим значением электродного потенциала. Медь в электрохимическом ряду напряжений стоит правее, чем цинк, следовательно, медь имеет большее значение электродного потенциала восстановления, чем цинк.
Еº(Zn(2+)/Zn) = − 0,76 B
Е°(Cu(2+)/Cu) = + 0,338 B
Е°(Cu(2+)/Cu) > E°(Zn(2+)/Zn)
Значит, в данном гальваническом элементе цинк будет анодом, а медь – катодом.
На аноде протекает процесс окисления металла, а на катоде – процесс восстановления металла.
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (-) Zn(0) – 2е → Zn(2+) │1 - процесс окисления на аноде
Катод (+) Cu(2+) + 2е → Cu(0) │1 - процесс восстановления на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение токообразующей реакции, которое в ионной форме, выражает происходящую в элементе реакцию.
Zn + Cu(2+) → Zn(2+) + Cu↓
В молекулярном виде
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓
Схема гальванического элемента
А (-) Zn | ZnSO4 (0,001 M) || CuSO4 (1M) | Cu К (+)
Будем считать, что диссоциация электролитов была полной, тогда молярные концентрации ионов Cu(2+) и Zn(2+) в растворах электролитов.
[Zn(2+)] = См (ZnSO4) = 0,001 M
[Cu(2+)] = См (CuSO4) = 1,0 M
Электродные потенциалы анода и катода по уравнению Нернста при 298°K.
Е (анода) = Е (Zn(2+)/Zn) = Еº(Zn(2+)/Zn) + (0,059/2)*lg[Zn(2+)] = – 0,76 + 0,0295*lg0,001 = – 0,76 + 0,0295*(–3) = – 0,849 B
Е (катода) = Е (Cu(2+)/Cu) = Еº(Cu(2+)/Cu) + (0,059/2)*lg[Сu(2+)] = + 0,338 + 0,0295*lg1 = + 0,338 B
ЭДС гальванического элемента.
ЭДС = Е (катода) – Е (анода) = E(Cu(2+)/Cu) – E(Zn (2+)/Zn) = 0,338 – (– 0,849) = 1,187 В

Вторая задача
См (NiSO4) = 0,1 M
Cм (CuSO4) = 1 M
Медь в электрохимическом ряду напряжений стоит правее, чем никель, следовательно, медь имеет большее значение электродного потенциала восстановления, чем никель.
Еº(Zn(2+)/Zn) = − 0,76 B
E°(Ni(2+)/Ni) = – 0,234 B
Е°(Cu(2+)/Cu) > E°(Ni(2+)/Ni)
Значит, в данном гальваническом элементе никель будет анодом, а медь – катодом.
На аноде протекает процесс окисления металла, а на катоде – процесс восстановления металла.
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (-) Ni(0) – 2е → Ni(2+) │1 - процесс окисления на аноде
Катод (+) Cu(2+) + 2е → Cu(0) │1 - процесс восстановления на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение токообразующей реакции, которое в ионной форме, выражает происходящую в элементе реакцию.
Ni + Cu(2+) → Ni(2+) + Cu↓
В молекулярном виде
Ni + CuSO4 → NiSO4 + Cu↓
Схема гальванического элемента
А (-) Ni | NiSO4 (0,1 M) || CuSO4 (1M) | Cu К (+)
Поскольку диссоциация электролитов была полной, тогда молярные концентрации ионов Cu(2+) и Ni(2+) в растворах электролитов.
[Ni(2+)] = См (NiSO4) = 0,1 M
[Cu(2+)] = См (CuSO4) = 1,0 M
Электродные потенциалы анода и катода по уравнению Нернста при 298°K.
Е (анода) = Е (Ni(2+)/Ni) = Еº(Ni(2+)/Ni) + (0,059/2)*lg[Ni(2+)] = – 0,234 + 0,0295*lg0,1 = – 0,234 + 0,0295*(–1) = – 0,264 B
Е (катода) = Е (Cu(2+)/Cu) = Еº(Cu(2+)/Cu) + (0,059/2)*lg[Сu(2+)] = + 0,338 + 0,0295*lg1 = + 0,338 B
ЭДС гальванического элемента.
ЭДС = Е (катода) – Е (анода) = E(Cu(2+)/Cu) – E(Zn (2+)/Zn) = 0,338 – (– 0,264) = 0,602 В