ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Т – абсолютная температура, К;
F – постоянная Фарадея, равная 96500 кл/моль;
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314
Дж/моль
.
К. Используя уравнение Нернста, можно
рассчитать э.д.с. элемента при условиях, не равных
стандартным. Если ограничиться стандартной температурой
(Т=298
о
К), то после подстановки R, T, F и перехода от
натуральных логарифмов к десятичным, получаем:
+
+=
n
Me
o
gC
n
l
059,0
ϕϕ
, (3)
где С в моль/л.
Максимальная разность потенциалов электродов,
которая может быть получена при работе гальванического
элемента, называется электродвижущей силой элемента
(э.д.с.). Она равна разности равновесных потенциалов
катода и анода: Е = ϕ
к
- ϕ
А.
По значениям стандартных электродных потенциалов
(табл. 1) можно вычислить стандартную э.д.с. элемента:
BE
o
ZuZu
o
CuCu
o
A
o
k
o
1,1)76,0(34,0
//
22
=−−=−=−=
++
ϕϕϕϕ
Максимальная электрическая работа гальванического
элемента при превращении одного моля вещества А
мэ
равна:
А
мэ
=Q
.
E, где Q – количество электричества, Е – э.д.с.
элемента. Так как Q=nF, то А
мэ
=n
.
F
.
E. Как известно,
самопроизвольный процесс, протекающий при постоянных
р и Т, характеризуется убылью энергии Гиббса:
0
<
∆
G . С
другой стороны,
мn
AG =∆−
(максимальная полезная
работа химической реакции равна убыли энергии Гиббса
реакции). Так как А
мэ
=А
мп
, то nFEG
=
∆
−
. Отсюда:
nF
G
E
∆
−=
. Значит, для работы гальванического элемента
необходимо, чтобы выполнялось условие:
0
<
∆
G
, а Е>0.
Последнее условие справедливо не только для
гальванических элементов, но и для обычных ОВР с
непосредственным взаимодействием реагирующих веществ,
а именно: ОВР возможна или, говорят, протекает в прямом
направлении, если Е>0, т.е.
телявосстановиокислителя
ϕϕ
> , что
можно узнать, сопоставляя электродные потенциалы
соответствующих систем.
Необходимую для работы гальванического элемента
разность потенциалов можно создать, используя
одинаковые электроды, погруженные в один и тот же
раствор, но разной концентрации. В этом случае элемент
называется концентрационным, а работает он из-за
выравнивания концентраций.
Пример:
)(/)(//)(/)(
2313
+
−
AgCAgNOCAgNOAg
Очевидно, что в общем случае: С
1
<С
2
, а э.д.с. равна:
1
2
059,0
C
C
g
n
E l=
(4)
2. Лабораторная работа
Гальванические элементы
Опыт 1. Определение э.д.с. медно-цинкового
гальванического элемента
Собрать прибор согласно рис. 1.
Очистить наждачной бумагой медную и цинковую
пластинка. В один стаканчик емкостью 50 мл налить 0,05 М
раствор сульфата меди и опустить в него медную
пластинку, в другой стаканчик налить 0,01М раствор
сульфата цинка и опустить в него цинковую пластинку.
Стаканчики соединить электролитическим ключом
(солевым мостиком), заполненным насыщенным раствором
хлорида калия в смеси с агар-агаром. Пластинки соединить
проводом с чувствительным гальванометром и измерить
5 6
Т – абсолютная температура, К; непосредственным взаимодействием реагирующих веществ,
F – постоянная Фарадея, равная 96500 кл/моль; а именно: ОВР возможна или, говорят, протекает в прямом
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 направлении, если Е>0, т.е. ϕ окислителя > ϕ восстановителя , что
Дж/моль.К. Используя уравнение Нернста, можно можно узнать, сопоставляя электродные потенциалы
рассчитать э.д.с. элемента при условиях, не равных соответствующих систем.
стандартным. Если ограничиться стандартной температурой Необходимую для работы гальванического элемента
(Т=298оК), то после подстановки R, T, F и перехода от разность потенциалов можно создать, используя
натуральных логарифмов к десятичным, получаем: одинаковые электроды, погруженные в один и тот же
0,059 раствор, но разной концентрации. В этом случае элемент
ϕ = ϕo + lgC Men + , (3)
n называется концентрационным, а работает он из-за
где С в моль/л. выравнивания концентраций.
Максимальная разность потенциалов электродов, Пример:
которая может быть получена при работе гальванического (−) Ag / AgNO3 (C1 ) // AgNO3 (C 2 ) / Ag (+)
элемента, называется электродвижущей силой элемента Очевидно, что в общем случае: С1<С2, а э.д.с. равна:
(э.д.с.). Она равна разности равновесных потенциалов
0,059 C 2
катода и анода: Е = ϕк - ϕА. E= lg (4)
По значениям стандартных электродных потенциалов n C1
(табл. 1) можно вычислить стандартную э.д.с. элемента:
E o = ϕ ko − ϕ Ao = ϕ Cu
o
2+ − ϕ Zu
o
2+ = 0,34 − (−0,76) = 1,1 B 2. Лабораторная работа
/ Cu / Zu
Максимальная электрическая работа гальванического
Гальванические элементы
элемента при превращении одного моля вещества Амэ равна:
Амэ=Q.E, где Q – количество электричества, Е – э.д.с.
Опыт 1. Определение э.д.с. медно-цинкового
элемента. Так как Q=nF, то Амэ=n.F.E. Как известно,
гальванического элемента
самопроизвольный процесс, протекающий при постоянных
Собрать прибор согласно рис. 1.
р и Т, характеризуется убылью энергии Гиббса: ∆G < 0 . С
Очистить наждачной бумагой медную и цинковую
другой стороны, − ∆G = Aмn (максимальная полезная пластинка. В один стаканчик емкостью 50 мл налить 0,05 М
работа химической реакции равна убыли энергии Гиббса раствор сульфата меди и опустить в него медную
реакции). Так как Амэ=Амп, то − ∆G = nFE . Отсюда: пластинку, в другой стаканчик налить 0,01М раствор
∆G сульфата цинка и опустить в него цинковую пластинку.
E=− . Значит, для работы гальванического элемента
nF Стаканчики соединить электролитическим ключом
необходимо, чтобы выполнялось условие: ∆G < 0 , а Е>0. (солевым мостиком), заполненным насыщенным раствором
Последнее условие справедливо не только для хлорида калия в смеси с агар-агаром. Пластинки соединить
гальванических элементов, но и для обычных ОВР с проводом с чувствительным гальванометром и измерить
5 6
