1.Выберите второй металл для создания гальванической пары. 2.Запишите электрохимическую схему гальванического элемента

Artur

65

1. Для создания гальванической пары со вторым металлом выберем цинк (Zn).

2. Электрохимическая схема гальванического элемента с использованием цинка (анода) и железа (катода) записывается следующим образом:

\[Zn(s) | Zn^{2+}(aq) || Fe^{2+}(aq) | Fe(s)\]

3. Уравнение процесса на аноде (окисление) выглядит следующим образом:

\[Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2 e^-\]

Уравнение процесса на катоде (восстановление) выглядит следующим образом:

\[Fe^{2+}(aq) + 2 e^- \rightarrow Fe(s)\]

Таким образом, уравнение реакции, которая образует ток при работе этого элемента, будет:

\[Zn(s) + Fe^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Fe(s)\]

4. Для расчета потенциалов электродов металлов в нестандартных условиях нам необходимо знать стандартные потенциалы электродов металлов и использовать формулу Нернста:

\[E = E^0 - \frac{0.059}{n} \log(Q)\]

где:
E - потенциал электрода в нестандартных условиях,
E^0 - стандартный потенциал электрода (для цинка E^0 = -0.76 В, для железа E^0 = -0.44 В),
n - количество электронов, участвующих в реакции (для нашей реакции n = 2),
Q - отношение концентраций продуктов и реагентов, возведенных в степень, со знаками, указанными в уравнении реакции.

По условию задачи нам дана концентрация железа \(Fe^{2+}\) равная 0.010 М.

Для расчета потенциала анода (цинка) в нестандартных условиях:

\[E_{Zn} = -0.76 - \frac{0.059}{2} \log\left(\frac{{[Zn^{2+}]}}{{[Zn]}}\right)\]

Концентрация цинка, указанная в таблице, отсутствует, поэтому предположим, что концентрация цинка равна 1 Моль/л (1 M). Тогда:

\[E_{Zn} = -0.76 - \frac{0.059}{2} \log\left(\frac{{0.010}}{{1}}\right)\]

\[E_{Zn} = -0.76 - \frac{0.059}{2} \log(0.010)\]

\[E_{Zn} \approx -0.76 - \frac{0.059}{2} \times (-2)\]

\[E_{Zn} \approx -0.76 + 0.059 \approx -0.70 \text{ В}\]

Для расчета потенциала катода (железа) в нестандартных условиях:

\[E_{Fe} = -0.44 - \frac{0.059}{2} \log\left(\frac{{[Fe]}}{{[Fe^{2+}]}}\right)\]

\[E_{Fe} = -0.44 - \frac{0.059}{2} \log\left(\frac{{1}}{{0.010}}\right)\]

\[E_{Fe} = -0.44 - \frac{0.059}{2} \log(100)\]

\[E_{Fe} \approx -0.44 - \frac{0.059}{2} \times 2\]

\[E_{Fe} \approx -0.44 - 0.059 \approx -0.50 \text{ В}\]

5. Для вычисления электродвижущей силы гальванического элемента (Еэ) используем формулу:

\[Eэ = φк - φа\]

Где:
φк - потенциал катода (железа),
φа - потенциал анода (цинка).

Подставляя значения, получаем:

\[Eэ = -0.50 - (-0.70)\]

\[Eэ = -0.30 \text{ В}\]

Таким образом, электродвижущая сила гальванического элемента равна -0.30 В.