Номер 7, страница 234 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 32. Химические источники тока - номер 7, страница 234.

Условие.

7. Надо составить гальванический элемент, имеющий разность потенциалов 0,3 В. С помощью таблицы 21 (§ 30) подберите пары металлов, которые можно использовать в качестве электродов такого гальванического элемента. Напишите уравнения окислительно-восстановительных реакций, лежащих в основе работы этих гальванических элементов.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Требуемая разность потенциалов гальванического элемента (ЭДС) = 0,3 В.

Найти:

Пары металлов, которые можно использовать в качестве электродов; уравнения окислительно-восстановительных реакций (ОВР) для этих элементов.

Решение:

Электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента в стандартных условиях рассчитывается как разность стандартных электродных потенциалов катода (электрод с более положительным потенциалом) и анода (электрод с более отрицательным потенциалом):

$ЭДС = E^0_{катод} - E^0_{анод}$

Подберем пары металлов, используя таблицу стандартных электродных потенциалов, так, чтобы разность их потенциалов была близка к 0,3 В.

Пара 1: Железо (Fe) и Свинец (Pb)

Стандартные электродные потенциалы:

$E^0(Pb^{2+}/Pb) = -0,13 \text{ В}$

$E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0,44 \text{ В}$

Поскольку потенциал свинца более положительный ($-0,13 > -0,44$), свинцовый электрод будет катодом, а железный — анодом.

Рассчитаем ЭДС этого гальванического элемента:

$ЭДС = E^0_{катод} - E^0_{анод} = E^0(Pb^{2+}/Pb) - E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0,13 \text{ В} - (-0,44 \text{ В}) = 0,31 \text{ В}$

Полученное значение 0,31 В близко к требуемому значению 0,3 В.

Уравнения реакций:

Анод (окисление): $Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$

Катод (восстановление): $Pb^{2+} + 2e^- \rightarrow Pb^0$

Суммарное ионное уравнение: $Fe + Pb^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Pb$

Ответ: Пара металлов: железо (анод) и свинец (катод). Уравнение реакции: $Fe + Pb^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Pb$.

Пара 2: Цинк (Zn) и Железо (Fe)

Стандартные электродные потенциалы:

$E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0,44 \text{ В}$

$E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0,76 \text{ В}$

Поскольку потенциал железа более положительный ($-0,44 > -0,76$), железный электрод будет катодом, а цинковый — анодом.

Рассчитаем ЭДС этого гальванического элемента:

$ЭДС = E^0_{катод} - E^0_{анод} = E^0(Fe^{2+}/Fe) - E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0,44 \text{ В} - (-0,76 \text{ В}) = 0,32 \text{ В}$

Полученное значение 0,32 В также близко к требуемому значению 0,3 В.

Уравнения реакций:

Анод (окисление): $Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

Катод (восстановление): $Fe^{2+} + 2e^- \rightarrow Fe^0$

Суммарное ионное уравнение: $Zn + Fe^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Fe$

Ответ: Пара металлов: цинк (анод) и железо (катод). Уравнение реакции: $Zn + Fe^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Fe$.