Учебное пособие: Кинетика химических и электрохимических процессов

3. Вычислите активность ионов Н⁺ в растворе, в котором потенциал водородного электрода равен 82 мВ.

Решение. Из уравнения φ = -0,059рН находим: рН = = 0,082/0,059 = 1,39. Следовательно, а _Н + = 0,041.

Ответ:а _Н + = 0,041 моль/л.

4. Рассчитайте стандартный электродный потенциал пары Cu²⁺ |Cu⁺ по следующим данным: φ⁰ _Cu 2+|_Cu = 0,337 В, φ⁰ _Cu +_{| Cu} = = 0,521 В.

Решение. Для реакции Cu²⁺ + 2е = Cu, ΔG ⁰ = -nF Е ⁰ = = −2^. 96485^. 0,337 = −65031 Дж^. моль-¹ . Для реакции Cu⁺ + е = Cu, ΔG ⁰ = −96485^. 0,521 = −50269 Дж^. моль^-1 . Вычитая из первой реакции вторую, получим Cu²⁺ + е = Cu⁺ и, следовательно, ΔG ⁰ = = −14762 Дж^. моль^-1 , откуда Е ⁰ = 0,153.

Ответ: Е ⁰ = 0,153 В.

5. ΔН реакции Pb + Hg₂ Cl₂ = PbCl₂ + 2Hg, протекающей в гальваническом элементе, равно −94,2 кДж/моль при 298,2 К. ЭДС этого элемента возрастает на 1,45^. 10^-4 В при повышении температуры на 1 К. Рассчитайте ЭДС элемента и ΔS при 298,2 К.

Решение. = 2,96485^. 1,45^. 10^-4 = = 28,0. ΔG = ΔН – Т ΔS = nFE , откуда E = − (ΔН - Т ΔS )/nF = = 0,5314.

Ответ: ΔS = 28,0 Дж/(моль^. К); E = 0,5314 В.

6. Рассчитайте константу равновесия реакции Cd²⁺ + Zn = = Zn²⁺ + Cd, если φ⁰ _Cd 2+_{/ Cd} = -403 В; φ⁰ _Zn 2+_{/ Zn} = -0,763В.

Р е ш е н и е. Константу равновесия вычисляем по уравнению: (φ⁰ ₂ – φ⁰ ₁ )^. n/0,0592. После подстановки данных получим = 12,16. Откуда К = 1,45^. 10¹² .

Ответ: К = 1,45^. 10¹² .

2.3 Задачи для самостоятельного решения

1. Гальванический элемент состоит из серебряного электрода, погруженного в 2 М раствор AgNO₃ , и стандартного водородного электрода. Напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции, происходящей при работе элемента. Определите его ЭДС.

2. Рассчитайте электродные потенциалы магния в растворе его соли при концентрациях иона Mg²⁺ , равной 0,1; 0,01 и 0,001 моль/л.

3. Вычислите потенциал свинцового электрода в насыщенном растворе PbBr₂ , если [Br^- ] = 1 моль/л, а ПР_{PbBr 2} += 9,1^. 10^-6 .

4. Гальванический элемент составлен из стандартного цинкового электрода и хромового электрода, погруженного в раствор, содержащий ионы Cr³⁺ . При какой концентрации ионов Cr³⁺ ЭДС этого элемента окажется равной 0?

5. ЭДС гальванического элемента, составленного из 2 водородных электродов, равна 272 мВ. Чему равен рН раствора, в который погружен анод, если катод погружен в раствор с рН = 3?

6. Рассчитайте константу равновесия реакции диспропорционирования 2 Cu⁺ + Cu²⁺ + Cu при 25 ^о C.

7. Рассчитайте константу равновесия реакции ZnSO₄ + Cd = = CdSO₄ + Zn при 25 ^о С по данным о стандартных электродных потенциалах.

8. Рассчитайте потенциал водородного электрода в чистой воде при 25 ^о С.

9. ЭДС элемента, в котором обратимо протекает реакция 0,5 Hg₂ Cl₂ + Ag = AgCl + Hg, равна 0,456 В при 298 К и 0,439 В при 293 К. Рассчитайте ΔG , ΔH и ΔS реакции.

10. Значение ΔН реакции Pb + 2 AgCl = PbCl₂ + Ag, протекающей в гальваническом элементе, - 105,1 кДж/моль. ЭДС этого элемента равна 0,4901 В при 298,2 К. Рассчитайте ЭДС элемента при 293,2 К.

11. Вычислите полезную работу реакции Ag + 0,5Cl₂ = AgCl, используя данные о нормальных электродных потенциалах, если Р = 101,3 кПа, Т = 298 К.

12. Температурный коэффициент элемента, работающего за счет реакции: Pb + Hg₂ Cl₂ = PbCl₂ + 2 Hg, = 1,45^. 10^-4 В/К. Определите количество теплоты, выделяющейся (поглощающейся) при работе элемента и сопоставьте полученное значение с тепловым эффектом, рассчитанным по следствию из закона Гесса.

13. Для гальванического элемента, в котором протекает реакция Hg₂ SO₄ + Pb = PbSO₄ + 2Hg вычислите ЭДС при 298 К и температурный коэффициент , используя данные таблиц стандартных термодинамических величин.

14. Рассчитайте потенциал серебряного электрода, опущенного в насыщенный раствор AgI, п