Гальванический элемент состоит из Pb и Fe электродов, погруженных в растворы солей этих металлов. Составьте...

Электрохимическая схема гальванического элемента:

Fe(s) | Fe2+(aq) || Pb2+(aq) | Pb(s)

Анод: Fe(s) -> Fe2+(aq) + 2e-

Катод: Pb2+(aq) + 2e- -> Pb(s)

Суммарная реакция: Fe(s) + Pb2+(aq) -> Fe2+(aq) + Pb(s)

ЭДС элемента при стандартных условиях можно рассчитать по формуле:

E° = E°(катод) - E°(анод) = E°(Pb2+/Pb) - E°(Fe2+/Fe) = -0.13 V - (-0.44 V) = 0.31 V

Если концентрация ионов металлов составит 10^-4, то изменится концентрация в равновесии, но стандартный потенциал останется неизменным. В данном случае, концентрация ионов не влияет на ЭДС элемента.

Гальванический элемент, состоящий из свинца (Pb) и железа (Fe), погружённых в растворы их солей, представляет собой систему, в которой происходят окислительно-восстановительные реакции. Для составления электрохимической схемы и определения анода и катода, необходимо учитывать стандартные электродные потенциалы данных металлов.

Стандартные электродные потенциалы:

• ( \text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb} ), ( E^\circ = -0.13 \, \text{В} )
• ( \text{Fe}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Fe} ), ( E^\circ = -0.44 \, \text{В} )

Определение анода и катода:

Анодом является электрод, на котором происходит окисление, а катодом — электрод, на котором происходит восстановление. В гальваническом элементе окисление всегда происходит на электроде с более низким стандартным потенциалом.

• Анод: Fe, так как его потенциал (-0.44 В) ниже, чем у Pb.
• Катод: Pb, так как его потенциал (-0.13 В) выше, чем у Fe.

Электрохимическая схема:

Электрохимическая схема может быть записана как:

[ \text{Fe} | \text{Fe}^{2+} (1 \, M) || \text{Pb}^{2+} (1 \, M) | \text{Pb} ]

Электродные процессы:

На аноде (окисление):

[ \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^- ]

На катоде (восстановление):

[ \text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb} ]

Суммарная реакция:

Суммарная реакция для гальванического элемента:

[ \text{Fe} + \text{Pb}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{Pb} ]

Расчёт ЭДС при стандартных условиях:

Электродвижущая сила (ЭДС) элемента рассчитывается как разность между стандартными потенциалами катода и анода:

[ E^\circ{\text{элемента}} = E^\circ{\text{катода}} - E^\circ_{\text{анода}} = (-0.13 \, \text{В}) - (-0.44 \, \text{В}) = 0.31 \, \text{В} ]

Изменение ЭДС при изменении концентрации ионов:

Нернстовское уравнение позволяет учесть влияние концентрации на ЭДС:

[ E = E^\circ - \frac{RT}{nF} \ln Q ]

Где:

• ( R ) — универсальная газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К))
• ( T ) — температура в К (при стандартных условиях 298 К)
• ( n ) — число электронов (в данном случае 2)
• ( F ) — постоянная Фарадея (96485 Кл/моль)
• ( Q ) — реакционная степень, которая в данном случае будет равна (\frac{[\text{Fe}^{2+}]}{[\text{Pb}^{2+}]})

При концентрации ионов металлов (10^{-4}):

[ Q = \frac{10^{-4}}{10^{-4}} = 1 ]

Так как ( \ln 1 = 0 ), то изменение концентрации при одинаковых условиях не изменит ЭДС, и она останется равной 0.31 В. Однако, если концентрации изменяются по-разному, например, если концентрация ионов железа увеличивается, а свинца уменьшается, это повлияет на величину Q и, соответственно, на ЭДС.