Составить гальванический элемент и рассчитать ЭДС

@AndreyVoronin52 · Регистрация: 29.10.2016

Author24 — интернет-сервис помощи студентам

Составить ГЭ, в котором оба электрода изготовлены из Pb и рассчитать ЭДС этого элемента.
Проблема с вычислением ЭДС.

@~~MyExcel_17~~ · 08.05.2017, 23:17

Сообщение от AndreyVoronin52

Проблема с вычислением ЭДС

AndreyVoronin52, понравились решения http://www.chem.msu.su/rus/teaching/eremin/12.html
Но это пока не то, что нужно. До завтрашнего вечера как-нибудь решим. Самому интересно.

@vikkor · 09.05.2017, 09:30

Классический пример такого ГЭ - свинцовый аккумулятор
$https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?Pb\mid {PbSO}_{4}\mid {H}_{2}{SO}_{4}\mid {PbO}_{2},{PbSO}_{4}\mid Pb$

@~~MyExcel_17~~ · 09.05.2017, 12:17

Сообщение от AndreyVoronin52

Проблема с вычислением ЭДС

AndreyVoronin52, скачал в Интернете что-то похожее по смыслу.

Пример. Рассчитать ЭДС свинцового аккумулятора, если в качестве электролита используется 40%-ый раствор хлорной кислоты $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?HClO_{4}$ .

Порядок расчёта. Пересчитаем значение электродных потенциалов катода и анода в зависимости от концентрации по уравнению Нернста. Для этого дополнительно пересчитаем процентную концентрацию в молярную. Молярная масса хлорной кислоты М = 1 + 35,5 + 16*4 = 100,5 г/моль. По таблице 4 плотность 40%-го раствора равна 1,299 г/см3. Значит, согласно формуле $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\rho$ = m/V, 1 л 40%-го раствора кислоты будет весить 1299 г. Составляем пропорцию: 100 г раствора содержат 40 г кислоты, 1299 г раствора содержит х г кислоты. Отсюда х = (1299*40) / 100 = 517,6 г. Данная масса составляет $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\nu$ = 517,6 г : 100,5 г/моль = 5,17 моль $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?HClO_{4}$ (на 1 л раствора). Следовательно, молярная концентрация раствора хлорной кислоты составит 5,17 моль/л.

По уравнению Нернста рассчитаем электродные потенциалы.
$https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\varphi_{(Pb/Pb^{2+})}$ = – 0.126 + (0.059/2)lg 5.17 = – 0.106 B.
$https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\varphi_{(PbO_{2}/Pb)}$ = 1.455 + (0.059/2)lg 5.17 = 1.485 B.
ЭДС элемента: Е = 1,485 – (– 0,106) = 1,59 В.

@~~MyExcel_17~~ · 09.05.2017, 12:49

Дополнение.
На картинке ниже: "Потенциалы электродов для ХИТ с кислым и солевым электролитом"

@AndreyVoronin52 · 09.05.2017, 18:25 **[ТС]**

Нашёл учебник, в нём есть такой пример концентрационного ГЭ: - Ag|AgNO₃||AgNO₃|Ag +
А также формула вычисления ЭДС для таких элементов:0,059*lg(C_катод/С_анод).
Но как мне вычислить концентрацию катода и анода?

@~~MyExcel_17~~ · 09.05.2017, 23:20

Сообщение от AndreyVoronin52

Но как мне вычислить концентрацию катода и анода?

AndreyVoronin52, но это же должно указываться в самом задании. Недочёты преподов.
Они пустили химию на самотёк, наверно не хватает специалистов. Все сбежали.

П р и м е р 120 http://www.ximicat.com/ebook.p... df&page=23
Определите э.д.с. гальванического элемента AgUgNO3 (0,001M )|| AgNO3 (0,1M )| Ag. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента?
Решение Стандартный электродный потенциал системы Ag+/Ag равен 0,80 В. Обозначив потенциал левого электрода через ф1, а правого - через ф2, находим:
ф1 = 0,80 + 0,059*1g0,001 = 0,80 + 0,059(- 3) = 0,62 B
ф2 = 0,80 + 0,059*1g0,1 = 0,80 - 0,059(-1) = 0,74 B .
Вычисляем э.д.с. элемента:
э.д.с. = ф2 - ф1 = 0,74 -0,62 = 0,12 В.
Поскольку ф1 < ф2, то левый электрод будет служить отрицательным полюсом элемента и электроны перемещаются во внешней цепи от левого электрода к правому.

P.S. Наверно опечатка: Ug — надо Hg (ртуть). Также 1g0,1 — надо: lg 0.1
Вообще много ошибок в книгах по химии, простые смертные думают: так принято.

Мне не понравились расчёты из книги, смотрите пост 4:
– 0.126 + (0.059/2)lg 5.17 = – 0.106 B.
1.455 + (0.059/2)lg 5.17 = 1.485 B.
ЭДС элемента: Е = 1,485 – (– 0,106) = 1,59 В.

Правильно надо, по-моему, lg 5.17 = 0.7135 (десятичный логарифм):
– 0.126 + (0.059/2)lg 5.17 = – 0.126 + (0.059/2) * 0.7135 = – 0.126 + 0.021 = -0.105 B.
1.455 + (0.059/2)lg 5.17 = 1.455 + (0.059/2) * 0.7135 = 1.455 + 0.021 = 1.476 B.
ЭДС элемента: Е = 1,476 – (– 0,105) = 1,581 В.

Добавлено через 2 часа 18 минут

Сообщение от AndreyVoronin52

Проблема с вычислением ЭДС

AndreyVoronin52, встретил порядок вычисления ЭДС. Ниже.
Очень понравилось изложение. Кто-то старательно и на совесть написал.

Задание http://chemistlab.ru/forum/25-18-1
Требуется составить схемы гальванических элементов, в одном из которых медь была бы катодом, а в другом анодом, записать уравнения катодных и анодных процессов, рассчитать ЭДС при концентрациях катионов меди и второго металла 0,1 моль/л и 0,2 моль/л соответственно, указать направление движения электронов и электрического тока.
Решение
Рассмотрим расположение меди в электрохимическом ряду напряжений металлов:

__Li____K____Na___Mg___Al____Ti___Mn___Zn_____Cr___Fe___Cd____Co____Ni___Sn___Pb ___H2____Sb___Cu___Ag____Pd___Pt___Au
-3,04_-2,93_-2,71_-2,36_-1,66_-1,63_-1,18_-0,76__-0,74_-0,44_-0,40__-0,28_-0,25_-0,14_-0,13__0,00__0,24__0,34__0,80__0,99__1,20_1,50

В первом случае медь должна иметь по сравнению с другим металлом больший потенциал, во втором – меньший. Данным условиям удовлетворяют, например, железо (-0,44 В < 0,34 В) и серебро (0,34 В < 0,80 В) соответственно.

Схемы гальванических элементов и электродные реакции:

анод ( - ) Fe | Fe2+ (0,2 М) || Cu2+ (0,1 М) | Cu ( + ) катод
Анодная реакция: Fe = Fe2+ + 2e
Катодная реакция: Cu2+ + 2e = Cu
Суммарная реакция: Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+

анод ( - ) Cu | Cu2+ (0,1 М) || Ag+ (0,2 М) | Ag ( + ) катод
Анодная реакция: Cu = Cu2+ + 2e
Катодная реакция: Ag+ + e = Ag
Суммарная реакция: Cu + 2Ag+ = 2Ag + Cu2+

Для расчета ЭДС необходимо рассчитать потенциалы катода и анода по уравнению Нернста E = E0Me + (R • T / z • F) • ln [Mez+] = E0Me + (0,059 / z) • lg [Mez+],
где E0Me – стандартный потенциал металла, В
R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль•К
T – температура, К
z – число электронов, принимающих участие в электродной реакции
F – число Фарадея, Кл/моль
Mez+ – концентрация катионов металла, моль/л

ЭДС = Екатода – Еанода.
Для первого случая:
Екатода = 0,34 + (8,31 • 298 / 2 • 96500) • ln [0,1] = 0,34 + (0,059 / 2) • lg [0,1] = 0,31 В
Еанода = -0,44 + (8,31 • 298 / 2 • 96500) • ln [0,2] = -0,44 + (0,059 / 2) • lg [0,2] = -0,46 В
ЭДС = 0,77 В
Для второго случая: Екатода = 0,80 + (8,31 • 298 / 1 • 96500) • ln [0,2] = 0,80 + (0,059 / 1) • lg [0,2] = 0,76 В
Еанода = 0,34 + (8,31 • 298 / 2 • 96500) • ln [0,1] = 0,34 + (0,059/ 2) • lg [0,1] = 0,31 В
ЭДС = 0,45 В

Движение электронов во внешней цепи – от анода к катоду, направление электрического тока – противоположное.

А чуть ниже:

Внимание! Для моделирования гальванических элементов и расчетов ЭДС, а также для
проверки собственных расчетов можно воспользоваться on-line сервисом Гальванический элемент.

Зашёл на сервис http://chemistlab.ru/index/gal... ement/0-13
Там интересно, не знал, что есть и такие.

Внимание!

Числа следует вводить с разделителем в виде точки, а не запятой.

По умолчанию указаны стандартные условия: температура - 298 K и концентрации катионов металлов - 1 M каждая.

Расчет и перерасчет потенциалов электродов осуществляется только при выборе одного из металлов и, соответственно, каждый раз при изменении температуры или концентрации следует вновь нажимать на кнопку с требуемым металлом. То же самое касается и ЭДС - при любых изменениях исходных данных следует вновь нажимать на соответствующую кнопку.

@AndreyVoronin52 0 / 0 / 0 Регистрация: 29.10.2016 Сообщений: 39
		1
	Составить гальванический элемент и рассчитать ЭДС 08.05.2017, 15:48. Показов 10885. Ответов 6 Метки нет (Все метки) Составить ГЭ, в котором оба электрода изготовлены из Pb и рассчитать ЭДС этого элемента. Проблема с вычислением ЭДС. 0

@~~MyExcel_17~~ Заблокирован
	08.05.2017, 23:17	2
	Сообщение от AndreyVoronin52 Проблема с вычислением ЭДС AndreyVoronin52, понравились решения http://www.chem.msu.su/rus/teaching/eremin/12.html Но это пока не то, что нужно. До завтрашнего вечера как-нибудь решим. Самому интересно. 0

@vikkor 566 / 541 / 80 Регистрация: 29.10.2010 Сообщений: 638
	09.05.2017, 09:30	3
	Классический пример такого ГЭ - свинцовый аккумулятор $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?Pb\mid {PbSO}_{4}\mid {H}_{2}{SO}_{4}\mid {PbO}_{2},{PbSO}_{4}\mid Pb$ 0

@~~MyExcel_17~~ Заблокирован
	09.05.2017, 12:17	4
	Сообщение от AndreyVoronin52 Проблема с вычислением ЭДС AndreyVoronin52, скачал в Интернете что-то похожее по смыслу. Пример. Рассчитать ЭДС свинцового аккумулятора, если в качестве электролита используется 40%-ый раствор хлорной кислоты $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?HClO_{4}$ . Порядок расчёта. Пересчитаем значение электродных потенциалов катода и анода в зависимости от концентрации по уравнению Нернста. Для этого дополнительно пересчитаем процентную концентрацию в молярную. Молярная масса хлорной кислоты М = 1 + 35,5 + 164 = 100,5 г/моль. По таблице 4 плотность 40%-го раствора равна 1,299 г/см3. Значит, согласно формуле $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\rho$ = m/V, 1 л 40%-го раствора кислоты будет весить 1299 г. Составляем пропорцию: 100 г раствора содержат 40 г кислоты, 1299 г раствора содержит х г кислоты. Отсюда х = (129940) / 100 = 517,6 г. Данная масса составляет $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\nu$ = 517,6 г : 100,5 г/моль = 5,17 моль $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?HClO_{4}$ (на 1 л раствора). Следовательно, молярная концентрация раствора хлорной кислоты составит 5,17 моль/л. По уравнению Нернста рассчитаем электродные потенциалы. $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\varphi_{(Pb/Pb^{2+})}$ = – 0.126 + (0.059/2)lg 5.17 = – 0.106 B. $https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\varphi_{(PbO_{2}/Pb)}$ = 1.455 + (0.059/2)lg 5.17 = 1.485 B. ЭДС элемента: Е = 1,485 – (– 0,106) = 1,59 В. 0

@~~MyExcel_17~~ Заблокирован
	09.05.2017, 12:49	5
	Дополнение. На картинке ниже: "Потенциалы электродов для ХИТ с кислым и солевым электролитом" Миниатюры 0

@AndreyVoronin52 0 / 0 / 0 Регистрация: 29.10.2016 Сообщений: 39
	09.05.2017, 18:25 [ТС]	6
	Нашёл учебник, в нём есть такой пример концентрационного ГЭ: - Ag\|AgNO₃\|\|AgNO₃\|Ag + А также формула вычисления ЭДС для таких элементов:0,059*lg(C_катод/С_анод). Но как мне вычислить концентрацию катода и анода? 0

@~~MyExcel_17~~ Заблокирован
	09.05.2017, 23:20	7
	Сообщение было отмечено AndreyVoronin52 как решение Решение Сообщение от AndreyVoronin52 Но как мне вычислить концентрацию катода и анода? AndreyVoronin52, но это же должно указываться в самом задании. Недочёты преподов. Они пустили химию на самотёк, наверно не хватает специалистов. Все сбежали. П р и м е р 120 http://www.ximicat.com/ebook.p... df&page=23 Определите э.д.с. гальванического элемента AgUgNO3 (0,001M )\|\| AgNO3 (0,1M )\| Ag. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? Решение Стандартный электродный потенциал системы Ag+/Ag равен 0,80 В. Обозначив потенциал левого электрода через ф1, а правого - через ф2, находим: ф1 = 0,80 + 0,0591g0,001 = 0,80 + 0,059(- 3) = 0,62 B ф2 = 0,80 + 0,0591g0,1 = 0,80 - 0,059(-1) = 0,74 B . Вычисляем э.д.с. элемента: э.д.с. = ф2 - ф1 = 0,74 -0,62 = 0,12 В. Поскольку ф1 < ф2, то левый электрод будет служить отрицательным полюсом элемента и электроны перемещаются во внешней цепи от левого электрода к правому. P.S. Наверно опечатка: Ug — надо Hg (ртуть). Также 1g0,1 — надо: lg 0.1 Вообще много ошибок в книгах по химии, простые смертные думают: так принято. Мне не понравились расчёты из книги, смотрите пост 4: – 0.126 + (0.059/2)lg 5.17 = – 0.106 B. 1.455 + (0.059/2)lg 5.17 = 1.485 B. ЭДС элемента: Е = 1,485 – (– 0,106) = 1,59 В. Правильно надо, по-моему, lg 5.17 = 0.7135 (десятичный логарифм): – 0.126 + (0.059/2)lg 5.17 = – 0.126 + (0.059/2) * 0.7135 = – 0.126 + 0.021 = -0.105 B. 1.455 + (0.059/2)lg 5.17 = 1.455 + (0.059/2) * 0.7135 = 1.455 + 0.021 = 1.476 B. ЭДС элемента: Е = 1,476 – (– 0,105) = 1,581 В. Добавлено через 2 часа 18 минут Сообщение от AndreyVoronin52 Проблема с вычислением ЭДС AndreyVoronin52, встретил порядок вычисления ЭДС. Ниже. Очень понравилось изложение. Кто-то старательно и на совесть написал. Задание http://chemistlab.ru/forum/25-18-1 Требуется составить схемы гальванических элементов, в одном из которых медь была бы катодом, а в другом анодом, записать уравнения катодных и анодных процессов, рассчитать ЭДС при концентрациях катионов меди и второго металла 0,1 моль/л и 0,2 моль/л соответственно, указать направление движения электронов и электрического тока. Решение Рассмотрим расположение меди в электрохимическом ряду напряжений металлов: __Li____K____Na___Mg___Al____Ti___Mn___Zn_____Cr___Fe___Cd____Co____Ni___Sn___Pb ___H2____Sb___Cu___Ag____Pd___Pt___Au -3,04_-2,93_-2,71_-2,36_-1,66_-1,63_-1,18_-0,76__-0,74_-0,44_-0,40__-0,28_-0,25_-0,14_-0,13__0,00__0,24__0,34__0,80__0,99__1,20_1,50 В первом случае медь должна иметь по сравнению с другим металлом больший потенциал, во втором – меньший. Данным условиям удовлетворяют, например, железо (-0,44 В < 0,34 В) и серебро (0,34 В < 0,80 В) соответственно. Схемы гальванических элементов и электродные реакции: анод ( - ) Fe \| Fe2+ (0,2 М) \|\| Cu2+ (0,1 М) \| Cu ( + ) катод Анодная реакция: Fe = Fe2+ + 2e Катодная реакция: Cu2+ + 2e = Cu Суммарная реакция: Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ анод ( - ) Cu \| Cu2+ (0,1 М) \|\| Ag+ (0,2 М) \| Ag ( + ) катод Анодная реакция: Cu = Cu2+ + 2e Катодная реакция: Ag+ + e = Ag Суммарная реакция: Cu + 2Ag+ = 2Ag + Cu2+ Для расчета ЭДС необходимо рассчитать потенциалы катода и анода по уравнению Нернста E = E0Me + (R • T / z • F) • ln [Mez+] = E0Me + (0,059 / z) • lg [Mez+], где E0Me – стандартный потенциал металла, В R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль•К T – температура, К z – число электронов, принимающих участие в электродной реакции F – число Фарадея, Кл/моль Mez+ – концентрация катионов металла, моль/л ЭДС = Екатода – Еанода. Для первого случая: Екатода = 0,34 + (8,31 • 298 / 2 • 96500) • ln [0,1] = 0,34 + (0,059 / 2) • lg [0,1] = 0,31 В Еанода = -0,44 + (8,31 • 298 / 2 • 96500) • ln [0,2] = -0,44 + (0,059 / 2) • lg [0,2] = -0,46 В ЭДС = 0,77 В Для второго случая: Екатода = 0,80 + (8,31 • 298 / 1 • 96500) • ln [0,2] = 0,80 + (0,059 / 1) • lg [0,2] = 0,76 В Еанода = 0,34 + (8,31 • 298 / 2 • 96500) • ln [0,1] = 0,34 + (0,059/ 2) • lg [0,1] = 0,31 В ЭДС = 0,45 В Движение электронов во внешней цепи – от анода к катоду, направление электрического тока – противоположное. А чуть ниже: Внимание! Для моделирования гальванических элементов и расчетов ЭДС, а также для проверки собственных расчетов можно воспользоваться on-line сервисом Гальванический элемент. Зашёл на сервис http://chemistlab.ru/index/gal... ement/0-13 Там интересно, не знал, что есть и такие. Внимание! Числа следует вводить с разделителем в виде точки, а не запятой. По умолчанию указаны стандартные условия: температура - 298 K и концентрации катионов металлов - 1 M каждая. Расчет и перерасчет потенциалов электродов осуществляется только при выборе одного из металлов и, соответственно, каждый раз при изменении температуры или концентрации следует вновь нажимать на кнопку с требуемым металлом. То же самое касается и ЭДС - при любых изменениях исходных данных следует вновь нажимать на соответствующую кнопку. 1