Номер 3, страница 106 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 23. Ряд стандартных электродных потенциалов. Глава V. Электрохимические реакции - номер 3, страница 106.

Условие.

3. Как можно измерить стандартный электродный потенциал металла?

Решение.

Решение 2.

Решение

Абсолютное значение электродного потенциала одного электрода измерить невозможно. Можно измерить только разность потенциалов между двумя электродами, то есть электродвижущую силу (ЭДС) гальванического элемента. Поэтому для измерения стандартного электродного потенциала металла его сравнивают с потенциалом эталонного электрода, в качестве которого принят стандартный водородный электрод (СВЭ). Потенциал СВЭ при стандартных условиях условно принят равным нулю ($E^0_{2H^+/H_2} = 0$ В).

Для проведения измерения собирают гальванический элемент, состоящий из двух полуэлементов (полуячеек):

1. Исследуемый электрод: металлическая пластина, опущенная в раствор соли этого же металла с активностью (на практике, с концентрацией) ионов металла 1 моль/л.
2. Стандартный водородный электрод: платиновая пластинка, покрытая платиновой чернью, опущенная в раствор кислоты с активностью ионов водорода $H^+$ 1 моль/л, через который непрерывно пропускают газообразный водород под давлением 1 атм (101,325 кПа).

Оба полуэлемента соединяют солевым мостиком (например, U-образной трубкой, заполненной раствором KCl в агаре), чтобы обеспечить ионную проводимость между растворами, предотвращая их смешивание. Электроды (металлическую пластину и платину СВЭ) подключают к вольтметру с высоким внутренним сопротивлением, который измеряет ЭДС гальванического элемента ($E^0_{элемента}$). Все измерения проводятся при стандартной температуре 298 К (25 °C).

Измеренная ЭДС гальванического элемента представляет собой разность стандартных электродных потенциалов катода (электрода, где происходит восстановление) и анода (электрода, где происходит окисление):

$E^0_{элемента} = E^0_{катода} - E^0_{анода}$

Полярность электродов, определяемая вольтметром, указывает, какой из электродов является анодом, а какой — катодом. Возможны два случая:

• Если исследуемый металл является более активным восстановителем, чем водород (например, цинк), то он будет анодом (отрицательный полюс), а водородный электрод — катодом (положительный полюс). Тогда:
  $E^0_{элемента} = E^0_{СВЭ} - E^0_{металла} = 0 - E^0_{металла}$
  Следовательно, стандартный электродный потенциал металла равен измеренной ЭДС со знаком минус: $E^0_{металла} = -E^0_{элемента}$.
• Если исследуемый металл является менее активным восстановителем, чем водород (например, медь), то он будет катодом (положительный полюс), а водородный электрод — анодом (отрицательный полюс). Тогда:
  $E^0_{элемента} = E^0_{металла} - E^0_{СВЭ} = E^0_{металла} - 0$
  Следовательно, стандартный электродный потенциал металла равен измеренной ЭДС: $E^0_{металла} = E^0_{элемента}$.

Таким образом, измерив ЭДС гальванического элемента, составленного из исследуемого металла и стандартного водородного электрода при стандартных условиях, и определив полярность электродов, можно найти значение стандартного электродного потенциала данного металла.

Ответ: Стандартный электродный потенциал металла измеряют путем создания гальванического элемента, в котором один электрод — это исследуемый металл, погруженный в раствор своей соли с концентрацией 1 моль/л, а второй — стандартный водородный электрод, потенциал которого при стандартных условиях (T = 298 К, P = 1 атм) принят за ноль. Измеряя электродвижущую силу (ЭДС) этого элемента с помощью вольтметра и определяя полярность электродов, находят искомый потенциал. Если исследуемый металл является анодом (отрицательным полюсом) по отношению к СВЭ, его потенциал равен измеренной ЭДС со знаком «минус» ($E^0_{металла} = -E^0_{элемента}$). Если металл является катодом (положительным полюсом), его потенциал равен измеренной ЭДС ($E^0_{металла} = E^0_{элемента}$).