1. Вычислите потенциал электрода, на котором установилось равновесие 2Н+ + 2ē ↔ H2↑ при рН=3, РН2=1. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. В какую сторону сместится равновесие, если электрод будет работать в качестве катода? Как при этом изменится значение равновесного электродного потенциала?

2. Условная схема электрода – Со2+, Со3+│Pt. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. При каких условиях потенциал этого электрода будет иметь стандартное значение? Составьте схему элемента, с которого можно измерить стандартный потенциал указанного электрода. Чему равна его ЭДС?

Сравните восстановительную активность медного электрода при стандартных условиях и при [Cu2+]=10-2 моль/л. Составьте схему элемента из указанных электродов. Вычислите ЭДС. Как называется такой элемент? Долго ли он будет работать?

Укажите химические реакции, которые можно использовать для организации гальванического элемента:

Zn + 2AgNO3 → Zn(NO3)2 + 2Ag;

Al(OН)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O;

2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2↑;

H2SО4 + 2NaOH → Na2SО4 +2 H2O.

При использовании какой реакции ожидается максимальное значение ЭДС?

1. Для начала необходимо определить тип электрода. Электроны на электроде передается с металла на ион растворенного вещества. В данном случае происходит реакция восстановления и образуется газ H2. Следовательно, данный электрод является восстановительным электродом или электродом вторичного ряда.

Для вычисления потенциала электрода можно использовать уравнение Нернста:

E = E° - (0.0592/n) * log([H+]^2/[H2])

где E - потенциал электрода,
E° - стандартный потенциал электрода,
[H+] - концентрация ионов H+ в растворе,
[H2] - парциальное давление водорода.

Учитывая, что рН=3, а рГ2=1, можем предположить, что концентрация ионов H+ в растворе равна 10^-3 М (потому что рН=-log[H+], следовательно, [H+]=10^-рН). Парциальное давление водорода напрямую зависит от концентрации, поэтому примем его равным 1 атм.

Рассчитаем значение потенциала электрода:

E = E° - (0.0592/2) * log((10^-3)^2/1)

E = E° - (0.0592/2) * log(10^-6)

E = E° + 3 * 0.0592

E = E° + 0.1776 В

Таким образом, получаем, что потенциал электрода будет равен стандартному потенциалу плюс 0.1776 В.

Если электрод будет работать в качестве катода, то равновесие сместится в сторону образования H2 (т.е. вправо по направлению от знака электрода к раствору). При этом значение равновесного электродного потенциала уменьшится на соответствующую величину, т.е. составит E° - 0.1776 В.

2. Электрод Co2+, Co3+│Pt является электродом восстановителя. Пропускание стока электронов осуществляется с иона восстанавливаемого вещества (Co3+) на платиновый электрод, поэтому платиновый электрод является катодом.

Для того чтобы потенциал этого электрода имел стандартное значение, необходимо, чтобы концентрации основных ионов (Co2+, Co3+) равнялись единице и давление газа (если таковой присутствует) было 1 атм.

Составим схему элемента, с помощью которого можно измерить стандартный потенциал указанного электрода:

Co2+ (1M)│Co3+ (1M), Pt

ЭДС такого элемента будет равна стандартному потенциалу указанного электрода.

Сравнение восстановительной активности медного электрода при стандартных условиях и при [Cu2+]=10^-2 моль/л позволяет определить, как изменяется ЭДС.

Стандартный электрод потенциал катода Cu2+│Cu равен 0.34 В.

Если концентрация Cu2+ увеличивается до 10^-2 моль/л, то потенциал электрода катода увеличится за счет того, что концентрация ионов Cu2+ в растворе выше, чем в стандартных условиях. По уравнению Нернста можно рассчитать разницу потенциалов:

ΔE = E - E° = (0.0592/2) * log([Cu2+]нов/ [Cu2+]ст)

ΔE = (0.0592/2) * log((10^-2)/ (10^-6))

ΔE = 0.0592 * 6 = 0.3552 В

Таким образом, значение ЭДС увеличится на 0.3552 В.

Схема элемента из указанных электродов будет выглядеть следующим образом:

Cu2+ (10^-2 M)│Cu, Cu2+ (1M)│Cu

Он называется элементом с двумя электродами и через определенное время перестанет работать из-за исчерпания одной из концентраций ионов.

4. Для организации гальванического элемента можно использовать реакцию Zn + 2AgNO3 → Zn(NO3)2 + 2Ag. В данном случае цинк вступает в реакцию окисления, а серебро - в реакцию восстановления.

Максимальное значение ЭДС будет ожидаться при использовании реакции, в которой разность стандартных потенциалов электродов будет наибольшей. В данном случае, максимальное значение ЭДС будет ожидаться при использовании реакции Zn + 2AgNO3 → Zn(NO3)2 + 2Ag, так как разность потенциалов между цинком (Zn) и серебром (Ag) велика.