059 lg10-4=0,799 + 0,059? (- 4)=0,563 В.
Перший електрод з великим значенням потенціалу в даному елементі є катодом, другий - анодом. ЕРС розраховуємо за формулою
=j к - j а=0,74 - 0,563=0,177 В.
Приклад 12.2. Розрахувати ЕРС елемента Cd? Cd2 + || Ni2 +? Ni при концентрації іонів Cd2 + і Ni2 +, рівних відповідно 0,1 і 0,001 моль/л.
Рішення. Використовуючи рівняння Нернста і дані таблиці стандартних електродних потенціалів, розраховуємо електродні потенціали Cd і Ni:
j Сd2 +/Cd=j ° Сd2 +/Cd + lg10-3=- 0,403 + 0,0295? (- 3)=- 0,4915 В;
j Ni2 +/Ni=j ° Ni2 +/Ni + lg10-1=- 0,250 + 0,0295? (- 1)=- 0,2795 В.
Так як j Сd2 +/Cd lt; j Ni2 +/Ni, то токообразующей в цьому гальванічному елементі є реакція Cd0 + Ni2 +=Cd2 + + Ni0. Розраховуємо ЕРС елемента
=j Ni2 +/Ni - j Сd2 +/Cd=- 0,2795 - (- 0,4915)=0,212 В.
Приклад 12.3. Виходячи зі значень стандартних електродних потенціалів і DG ° Х.Р., Вказати, чи можна в гальванічному елементі здійснити реакцію Pb2 + + Ti=Pb + Ti2 +. Скласти схему гальванічного елемента, написати рівняння електродних реакцій.
Рішення. У відповідності з рівнянням реакції схему гальванічного елемента можна представити таким чином:
(-) Ti? Ti2 + || Pb2 +? Pb (+).
Рівняння електродних реакцій мають вигляд:
на аноді Ti 0 - 2? ® Ti2 +
на катоді Pb 2 ++ 2? ® Pb0
Розраховуємо стандартне значення ЕРС:
°=j ° до - j ° а=j ° Pb2 +/Pb - j ° Ti2 +/Ti=- 0,126 - (- 1,628)=1,502 B.
Енергію Гіббса розраховуємо по рівнянню DG=-nE ° F=- 2? 1,502? 96500== - 289,9 кДж. Так як D G ° lt; 0, токообразующая реакція можлива.
Приклад 12.4. Як зміниться маса цинкової пластинки при взаємодії її з розчинами: а) CuSO4; б) MgSO4; в) Pb (NO3) 2? Чому? Скласти молекулярні та іонні рівняння відповідних реакцій.
Рішення. У відповідності зі значеннями стандартних електродних потенціалів іони міді та свинцю по відношенню до цинку будуть проявляти окислювальну активність. При контакті з розчинами CuSO4 і Pb (NO3) 2 будуть протікати реакції розчинення цинку і осадження відповідного металу:
а) CuSO4 + Zn=Cu + ZnSO4, Cu2 + + Zn=Cu + Zn2 +;
б) Pb (NO3) 2 + Zn=Pb + Zn (NO3) 2, Pb2 + + Zn=Pb + Zn2 +.
Один моль еквівалентів цинку (32,69 г/моль) буде заміщатися на один моль еквівалентів міді (31,77 г/моль) або свинцю (103,6 г/моль). Враховуючи молярні маси еквівалентів цих елементів, в розчині CuSO4 маса цинкової пластини буде незначно зменшуватися, а в розчині Pb (NO3) 2 - помітно збільшуватися.
Стандартний потенціал магнію має менше значення, ніж потенціал цинку. Це означає, що іони магнію не можуть окисляти цинкову пластинку. Поведінка цинку в такому розчині аналогічно окисленню цинкової пластинки у воді: Zn - 2? =Zn2 +. Протікання такого процесу призведе до малопомітного зниженню маси цинкової пластинки.
Приклад 12.5. Як відбувається корозія цинку, що знаходиться в контакті з кадмієм, у вологому повітрі і в кислому розчині (НСl)? Скласти рівняння анодного і катодного процесів. Привести схеми утворюються при цьому гальванічних елементів. Визначити склад продуктів корозії.
Рішення. Цинк має менше значення потенціалу (- 0,763 В), ніж кадмій
(- 0,403 В), тому він є анодом, а кадмій - катодом. Отже, цинк розчиняється, а на поверхні кадмію йде відновлення: у кислому розчині - іонів водню, у вологому повітрі - розчиненого у воді кисню.
Анодний процес Zn - 2? =Zn2 +.
Катодний процес 2Н + + 2? ® Н2 (в кислому розчині);
О2 + 2Н2О + 4? ® 4ОН- (у вологому повітрі).
Схема утворюється гальванічного елемента у вологому повітрі:
(-) Zn | O2, H2O? Cd (+).
Схема утворюється гальванічного елемента в кислому розчині:
(-) Zn? HCl? Cd (+).
У вологому повітрі іони Zn2 + з гідроксильними групами, що виділяються на катоді, утворюють малорозчинний гідроксид цинку Zn (ОН) 2, який і є продуктом корозії.
У кислому середовищі на поверхні кадмію виділяється газоподібний водень. У розчин переходять іони Zn2 +.
Приклад 12.6. Хром знаходиться в контакті з міддю. Який з металів буде окислюватися при корозії, якщо ця пара металів потрапляє ...
