4.
Составьте схему гальванического элемента, электродами которого являются
Pb и Zn. Концентрация ZnSO4 составляет 0,1 моль/л, PbSO4 – 1 моль/л. Вычислите ЭДС
элемента и напишите уравнения реакций, протекающих на электродах.
См(ZnSO4) = 0,1 М
См(PbSO4) = 1,0 М
ПР(PbSO4) = 1,58*10^(-8)
В гальваническом элементе анодом становится металл, обладающего меньшим значением электродного потенциала, а катодом – металл с большим значением электродного потенциала.
Еº(Zn(2+)/Zn) = − 0,76 B
Eº(Pb(2+)/Pb) = − 0,126 В
Eº(Pb(2+)/Pb) > Еº(Zn(2+)/Zn)
Значит, в данном гальваническом элементе свинцовый электрод будет катодом, а цинковый – анодом.
Поскольку в схеме гальванического элемента анод записывается слева, а катод – справа, то схема гальванического элемента.
A(-) Zn | ZnSO4 (0,1 М) || PbSO4 (1,0 M) | Pb K(+)
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (-) Zn – 2e → Zn(2+) | 1 – окисление на аноде
Катод(+) Pb(2+) + 2e → Pb↓ | 1 – восстановление на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение токообразующей реакции, которая в ионном виде выражает происходящую в элементе реакцию.
Pb(2+) + Zn → Pb↓ + Zn(2+)
Уравнение реакции в молекулярном виде
PbSO4 + Zn → Pb↓ + ZnSO4
Сульфат цинка ZnSO4 – растворимая в воде соль. Будем считать, что в растворе она полностью распадается на ионы.
ZnSO4 ↔ Zn(2+) + SO4(2-)
Тогда молярная концентрация ионов Zn(2+)
[Zn(2+)] = См(ZnSO4) = 0,1 моль/л
Сульфат свинца PbSO4 – нерастворимая в воде соль, степень диссоциации которой в растворе крайне мала.
PbSO4 ↔ Pb(2+) + SO4(2-)
Произведение концентраций сульфата свинца в 1,0 М растворе соли
ПК = [SO4(2-)]*[Pb(2+)] = 1,0*1,0 = 1,0 >> ПР
Поскольку произведение молярных концентраций ионов в 1,0 М растворе сульфата свинца много больше произведения растворимости соли, то большая часть сульфата свинца в 0,1 М растворе будет в твердом осадке. Значит, в 1,0 М растворе PbSO4 молярная концентрация ионов Pb(2+) будет весьма мала.
[Pb(2+)] = [SO4(2-)] = √ПР(PbSO4) = √[1,58*10^(-8)] = 1,26*10^(-4) = моль/л
Поскольку катионы Pb(2+) и Zn(2+) являются двухзарядными ионами, то ЭДС гальванического элемента можно рассчитать, не вычисляя электродные потенциалы катода и анода. Расчет ведется на основании уравнения Нернста при 298ºК.
Е = Е(катода) – Е(анода) = Еº(Pb(2+)/Pb) – Еº(Zn(2+)/Zn) + (0,059/2)*lg([Pb(2+)]/[Zn(2+)]) = – 0,126 – (− 0,76) + 0,0295*lg(1,26*10^(-4)/0,1) = 0,634 + 0,0295*(–2,9) = 0,548 В
⇢