Стандартные электродные потенциалы некоторых металлов
Электрод |
Е°, В |
Электрод |
Е°, В |
К+/К0 |
-2,93 |
Co2+/Co0 |
-0,28 |
Са2+/Са0 |
-2,87 |
Ni2+/Ni0 |
-0,25 |
Na2+/Na0 |
-2,71 |
Sn2+/Sn0 |
-0,14 |
Mg2+/Mg0 |
-2,36 |
Pb2+/Pb0 |
-0,13 |
Al3+/Al0 |
-1,66 |
2Н+/Н20 |
0 |
Ti2+/Ti0 |
-1,60 |
Bi3+/Bi0 |
+0,22 |
Mn2+/Mn0 |
-1,18 |
Cu2+/Cu0 |
+0,34 |
Zn2+/Zn0 |
0,76 |
Ag+/Ag0 |
+0,80 |
Cr3+/Cr0 |
-0,74 |
Hg2+/Hg0 |
+0,86 |
Fe2+/Fe0 |
-0,44 |
Pt2+/Pt0 |
+1,2 |
Cd2+/Cd |
-0,40 |
Au3+/Au0 |
+1,5 |
Типовые задачи и алгоритмы их решения
Задача 1. Между какими из перечисленных ниже взятых попарно веществ (металл-раствор электролита), будет протекать реакция замещения:
Fe+HCl; Ag+Cu(NO3)2; Cr+PbCl2?
Напишите молекулярные и электронные уравнения соответствующих реакций.
Решение. 1. Рассмотрим возможность протекания реакции замещения ионов водорода железом. Сравним электронные потенциалы (см. табл. 5.1)
,
видим, что железо более химически активно, т.к. стандартный электродный потенциал его более отрицательный, поэтому его катионы переходят с пластины в раствор, с иона водорода – из раствора на пластину, процесс возможен:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2.
Электронные уравнения имеют вид:
Fe° - 2ē = Fe2+;
2Н+ + 2ē = Н2°.
2. Рассмотрим уравнение
Ag + Cu(NO3)2:
В,
В.
Стандартный электродный потенциал серебра более положительный, чем у меди, серебро менее активный металл, чем медь и поэтому не способно восстанавливать ионы меди из раствора ее соли. Реакция не идет.
3. Рассмотрим уравнение Cr + PbCl2:
Более химически активным металлом является хром, следовательно, он может вытеснить ионы свинца из раствора:
2Cr + 3PbCl2 → 2CrCl3 + 3Pb;
2Cr0 - 6ē = 2Cr3+;
3Pb2+ + 6ē = 3Pb0.
Таким образом, более активные металлы восстанавливают из растворов катионы менее активных металлов и водорода.
Задача 2. Стандартный электродный потенциал никеля менее отрицательный, чем кобальта (см. табл. 5.1). Останется ли в силе это положение, если никель поместить в раствор его соли с концентрацией
моль/л,
а кобальт – в растворе с концентрацией
моль/л?
Решение. Для расчета воспользуемся уравнением Нернста (5.2):
Электродный потенциал никеля становится более отрицательным, чем электродный потенциал кобальта.
Задача 3. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из магниевой и цинковой пластин, опущенных в растворы собственных солей. Напишите уравнения электродных процессов, протекающих при работе данного гальванического элемента, и вычислите электродвижущую силу (ЭДС) при условии, что:
а)
б)
=
0,01 моль/л,
=
1 моль/л.
Решение. Составляем схему гальванического элемента:
Mg│Mg(NO3)2║Zn(NO3)2│Zn.
Вертикальная черта означает поверхность раздела между металлом и раствором, две черты – границу раздела двух жидкостей – пористую перегородку или электролитический мостик.
1. В гальваническом элементе металл, электродный потенциал которого более отрицательный, является восстановителем и на нем протекает процесс окисления. Электрод, на котором происходит процесс окисления, называется анодом. На электроде с менее отрицательным (более положительным) потенциалом происходит процесс восстановления – это катод.
Сравнивая стандартные электродные потенциалы, (см. табл. 5.1):
,
приходим к выводу, что в стандартных условиях
(
)
магниевый электрод – анод, а цинковый электрод – катод.
Процессы, протекающие на электродах:
(-) анод: Mg0 - 2 ē → Mg2+;
(+) катод: Zn2+ + 2 ē→ Zn0;
ЭДС=Екатода–Еанода,
ЭДС
=
ЭДС гальванического элемента всегда является величиной положительной.
2. В условиях отличных от стандартных ( = 0,01 моль/л) электродный потенциал цинкового электрода рассчитываем по уравнению Нернста (5.2):
ЭДС = -0,82 – ( - 2,36) = + 1,54 В.
Задача 4. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению
Ni + Pb(NO3)2 → Ni(NO3)2 + Pb.
Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента при стандартных условиях. Можно ли увеличить ЭДС данного гальванического элемента, изменяя концентрации растворов солей? Ответ подтвердите расчетом.
Решение.
В ходе реакции никель окисляется,
т.к. его степень окисления меняется (Ni
-2е Ni2+),
а ионы свинца восстанавливаются,
следовательно, в гальваническом элементе
никелевая пластина является анодом
а свинцовая – катодом
Составляем схему гальванического элемента:
Ni│Ni(NO3)2║Pb(NO3)2│Pb;
(-) анод Ni0 - 2ē → Ni2+;
(+) катод Pb2+ + 2ē → Pb0;
ЭДС=
Увеличить
ЭДС гальванического элемента можно,
если концентрацию раствора Ni(NO3)2
уменьшить (
),
а концентрацию раствора Pb(NO3)2
увеличить (
).
ЭДС = -0,121 – ( - 0,31) = +0,189 В.