Вычислите ЭДС и изменение энергии Гиббса

В гальваническом элементе процессы окисления и восстановления разделены по электродам. На аноде протекает процесс окисления, а на катоде – процесс восстановления. Процесс растворения металла при работе гальванического элемента – это процесс окисления металла анода.
Mg – 2e = Mg(2+)
Для данного процесса окисления металла можно посчитать ТОЛЬКО ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ, но нельзя посчитать ЭДС процесса окисления, поскольку ЭДС можно посчитать для ВСЕЙ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, а не для отдельно взятого процесса.
ЭДС окислительно-восстановительной реакции
Е = Е (окислителя) – Е (восстановителя)
ЭДС гальванического элемента.
Е = Е (катода) – Е (анода)
Изменение энергии Гиббса также считается для всей окислительно-восстановительной системы, а не для отдельно взятого процесса.

Перейдем от теории к практике.
См (MgSO4) = 1M
Cм (ZnCl2) = 0,01 M
Eº(Mg(2+)/Mg) = – 2,36 B
Еº(Zn(2+)/Zn) = − 0,76 B
Mg | MgSO4 (1 М) || ZnCl2 (0,01 M) | Zn
Поскольку в схеме гальванического элемента слева записывается анод, а справа - катод, то в данном гальваническом элементе магниевый электрод будет анодом, а цинковый – катодом.
На аноде протекает процесс окисления металла, а на катоде – процесс восстановления металла.
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (-) Mg(0) – 2е → Mg(2+) │1 - процесс окисления на аноде
Катод (+) Zn(2+) + 2е → Zn(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.
Mg + Zn(2+) = Mg(2+) + Zn↓
В молекулярном виде
Mg + ZnCl2 = MgCl2 + Zn↓
Будем считать, что в водном растворе сульфат магния MgSO4 и хлорид цинка полностью распались на ионы.
MgSO4 ↔ Mg(2+) + SO4(2-)
ZnCl2 ↔ Zn(2+) + 2Cl(-)
Тогда молярная концентрация ионов Mg(2+) и Zn(2+) в растворах электролитов.
[Mg(2+)] = См (MgSO4) = 1M
[Zn(2+)] = Cм (ZnCl2) = 0,01 M
Электродные потенциалы катода и анода по уравнению Нернста при 298ºК.
Е (катода) = Еº(Zn(2+)/Zn) + (0,059/2)*lg[Zn(2+)] = – 0,76 + 0,0295*lg0,01 = – 0,76 + 0,0295*(–2) = – 0,819 В
Е (анода) = Еº(Mg(2+)/Mg) + (0,059/2)*lg[Mg(2+)] = − 2,36 + 0,0295*lg 1 = – 2,36 + 0,0295*0 = – 2,36 B
Е (анода) = – 2,36 B – это и есть ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ растворения магния при работе гальванического элемента.
ЭДС гальванического элемента
Е = Е (катода) – Е (анода) = – 0,819 – (– 2,36) = 1,541 В
Изменение энергии Гиббса.
ΔG° = − z*F*Е° = − 2*96500*1,541 = − 297413 Дж = − 297,413 кДж
z = 2 – число электронов, принявших участие в окислительно-восстановительной реакции.
F = 96500 Кл/моль – постоянная Фарадея
Е° = 1,541 В – ЭДС окислительно-восстановительной реакции, равная ЭДС гальванического элемента