Номер 2, страница 234 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 32. Химические источники тока - номер 2, страница 234.

Условие.

2. Что называют стандартным водородным электродом? Как он устроен, каков его потенциал и для чего этот электрод применяется?

Решение.

Решение 2.

Что называют стандартным водородным электродом?
Стандартный водородный электрод (СВЭ) — это электрод сравнения, который является основой термодинамической шкалы окислительно-восстановительных потенциалов. Его электродный потенциал при стандартных условиях условно принимается равным нулю. На поверхности этого электрода протекает обратимая электрохимическая реакция:
$2H^+_{\text{(р-р)}} + 2e^- \rightleftharpoons H_{2\text{(газ)}}$
Ответ: Стандартный водородный электрод — это первичный электрод сравнения (эталон), стандартный электродный потенциал которого при стандартных условиях условно принят равным нулю.

Как он устроен?
Стандартный водородный электрод представляет собой платиновую пластинку, покрытую слоем высокодисперсной платины (так называемой платиновой чернью) для увеличения площади поверхности и каталитической активности. Эта пластинка погружена в раствор сильной кислоты (например, $H_2SO_4$ или $HCl$). Электрод считается стандартным при соблюдении следующих условий:
1. Активность ионов водорода $H^+$ в растворе равна 1 моль/л ( $a(H^+) = 1$ ).
2. Газообразный водород $H_2$, очищенный от примесей, непрерывно пропускается через раствор так, чтобы он омывал платиновую пластинку. Парциальное давление водорода должно составлять 1 атм (101,325 кПа).
3. Температура системы поддерживается на уровне 298,15 К (25 °C).
Конструктивно электрод обычно помещен в стеклянный сосуд, который обеспечивает подачу водорода и предотвращает попадание кислорода из воздуха.
Ответ: Он состоит из платинового электрода, покрытого платиновой чернью, погруженного в раствор кислоты с активностью ионов водорода $a(H^+) = 1$, через который при температуре 298 К пропускается газообразный водород под давлением 1 атм.

Каков его потенциал?
По международному соглашению (IUPAC), стандартный электродный потенциал ($E^0$) стандартного водородного электрода при любых температурах условно принят равным точно нулю.
$E^0_{2H^+/H_2} = 0.000$ В
Это значение является точкой отсчета (нулевым уровнем) для построения единой шкалы стандартных электродных потенциалов.
Ответ: Стандартный электродный потенциал водородного электрода по определению равен 0 вольт.

Для чего этот электрод применяется?
Стандартный водородный электрод используется в качестве первичного эталонного электрода. Его основное назначение — экспериментальное определение стандартных электродных потенциалов других электрохимических систем (полуэлементов). Для этого из исследуемого полуэлемента и стандартного водородного электрода собирают гальванический элемент и измеряют его электродвижущую силу (ЭДС). Поскольку потенциал СВЭ равен нулю, измеренная ЭДС гальванического элемента численно равна стандартному потенциалу исследуемого электрода.
Например, для гальванического элемента $Zn|Zn^{2+}(a=1)||H^+(a=1)|H_2(1\text{ атм}),Pt$, измеренная ЭДС составляет 0,763 В. В этой цепи СВЭ является катодом, а цинковый электрод — анодом.
$ЭДС = E_{катод} - E_{анод} = E^0_{H^+/H_2} - E^0_{Zn^{2+}/Zn}$
$0,763 \text{ В} = 0 - E^0_{Zn^{2+}/Zn}$
Отсюда $E^0_{Zn^{2+}/Zn} = -0,763$ В.
На практике СВЭ сложен в эксплуатации (требуется постоянный поток чистого водорода, платиновый катализатор чувствителен к примесям), поэтому чаще используют более удобные вторичные электроды сравнения (например, хлорсеребряный или каломельный), потенциалы которых точно определены относительно СВЭ.
Ответ: Стандартный водородный электрод применяется в качестве эталона для измерения и построения шкалы относительных стандартных электродных потенциалов других электродов.