Устройства, в которых энергия окислительно-восстановительных реакций превращается в электрическую, называются гальваническими элементами.
Всякий гальванический элемент состоит из двух электродов – металлов, погруженных в растворы электролитов; последние сообщаются друг с другом обычно через пористую перегородку. Электрод, на котором происходит процесс окисления, называется анодом; электрод, на котором осуществляется восстановление – катодом.
Схематически гальванический элемент, в основе работы которого лежит реакция
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu,
изображается следующим образом:
ZnZnSO4CuSO4Cu,
или в ионном виде:
ZnZn+2Cu+2Cu.
На электродах протекают следующие процессы:
анодный: Zn – 2е = Zn+2;
катодный: Cu+2 + 2е = Cu;
токообразующая реакция: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu.
ЭДС (Е) элемента равна разности равновесных потенциалов положительного (Ек) и отрицательного (Еа) электродов:
Е = Ек - Еа.
Пример 1. Определите возможность протекания реакции в гальваническом элементе
Fe+Cd2+=Fe 2++Cd.
Используйте стандартные потенциалы и значение G0298.
Решение. Составим гальванический элемент, отвечающий этой реакции:
(–) FeFe 2+Cd2+Cd(+);
анодная реакция: Fe – 2е = Fe 2+;
катодная реакция: Cd2+ + 2е = Cd.
Пользуясь табл. 8, определим ЭДС гальванического элемента:
Е = Ек – Еа= –0,40 – ( –0,44) = 0,04 В.
Изменение величины энергии Гиббса связано с величиной ЭДС элемента соотношением G0298 = -nFЕ,
где n – число электронов, принимающих участие в реакции;
F – постоянная Фарадея, F= 96500 Кл/моль;
Е – ЭДС гальванического элемента.
G0298= – 2965000,04 = –7720 Дж .
Так как G0298 0 , данную реакцию можно осуществить в направлении слева направо
1. При прибавлении к раствору цитрата избытка известковой воды на холоду осадка не образуется. При нагревании же выпадает хлопьевидный осадок цитрата калия, при охлаждении (в закрытой колбе) вновь растворяющийся.
2. Нагревают 5 мл 1%-ного раствора лимонной кислоты с 1 мл реактива Дениже (5 г окиси ртути растворяют в смеси 20 мл концентрированной серной кислоты и 100 мл воды при нагревании до кипения) и прибавляют несколько капель 2%-ного раствора пер-манганата калия. Жидкость обесцвечивается и выпадает белый кристаллический осадок:
Промытый осадок растворяется в растворе хлорида натрия с образованием хлорида ртути и ацетон-дикарбоновой кислоты, которая с хлоридом железа дает малиново-красное окрашивание. 3. Реакция образования пентабромацетона
К водному раствору лимонной кислоты или цитрата в очень разбавленной серной или азотной кислоте (но не соляной) прибавляют
2-5 капель 0,1 н. раствора перманганата калия и нагревают в течение непродолжительного времени до 30-40° (только не кипятить!). Как только раствор побуреет или помутнеет от незначительного выделения двуокиси марганца, прибавляют 1-2 капли раствора ок-салата аммония и 1 мл 10%-ной серной кислоты, при этом жидкость становится прозрачной. Затем прибавляют несколько капель бромной воды. При этом выделяется кристаллический осадок пента-бромацетона.1
4.Глюкоза даёт синее окрашивание с свежеприготовленным Сu(OH)2. Даёт реакцию серебрянного зеркала с Ag(NH3)2OH/