Для второго электрода

j _Ag⁺/_Ag = j ° _Ag⁺/_Ag + 0, 059 lg 10^-4 = 0, 799 + 0, 059× (–4) = 0, 563 В.

Первый электрод с большим значением потенциала в данном элементе является катодом, второй – анодом. ЭДС рассчитываем по формуле

E = j _к – j _а = 0, 74 – 0, 563 = 0, 177 В.

Пример 12.2. Рассчитать ЭДС элемента Cd½ Cd²⁺ || Ni²⁺½ Ni при концентрации ионов Cd²⁺ и Ni²⁺, равных соответственно 0, 1 и 0, 001 моль/л.

Решение. Используя уравнения Нернста и данные таблицы стандартных электродных потенциалов, рассчитываем электродные потенциалы Cd и Ni:

j _Сd²⁺/_Cd = j ° _Сd²⁺/_Cd + lg 10^-3 = –0, 403 + 0, 0295× (–3) = –0, 4915 В;

j _Ni²⁺/_Ni = j ° _Ni²⁺/_Ni + lg 10^-1 = –0, 250 + 0, 0295× (–1) = –0, 2795 В.

Так как j _Сd²⁺/_Cd < j _Ni²⁺/_Ni, то токообразующей в этом гальваническом элементе является реакция Cd⁰ + Ni²⁺ = Cd²⁺ + Ni⁰. Рассчитываем ЭДС элемента

E = j _Ni²⁺/_Ni – j _Сd²⁺/_Cd = –0, 2795 – (–0, 4915) = 0, 212 В.

Пример 12.3. Исходя из значений стандартных электродных потенциалов и D G °_х.р., указать, можно ли в гальваническом элементе осуществить реакцию Pb²⁺ + Ti = Pb + Ti²⁺. Составить схему гальванического элемента, написать уравнения электродных реакций.

Решение. В соответствии с уравнением реакции схему гальванического элемента можно представить следующим образом:

(–) Ti½ Ti²⁺|| Pb²⁺½ Pb (+).

Уравнения электродных реакций имеют вид:

на аноде Ti⁰ – 2ē ® Ti²⁺

на катоде Pb²⁺+ 2ē ® Pb⁰

Рассчитываем стандартное значение ЭДС:

E° = j ° _к – j ° _а = j ° _Pb²⁺/_Pb – j ° _Ti²⁺/_Ti = –0, 126 – (–1, 628) = 1, 502 B.

Энергию Гиббса рассчитываем по уравнению D G = –nE°F = –2× 1, 502× 96500 = = –289, 9 кДж. Так как D G° < 0, токообразующая реакция возможна.

Пример 12.4. Как изменится масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) CuSO₄; б) MgSO₄; в) Pb(NO₃)₂? Почему? Составить молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.

Решение. В соответствии со значениями стандартных электродных потенциалов ионы меди и свинца по отношению к цинку будут проявлять окислительную активность. При контакте с растворами CuSO₄ и Pb(NO₃)₂ будут протекать реакции растворения цинка и осаждения соответствующего металла:

а) CuSO₄ + Zn = Cu + ZnSO₄, Cu²⁺ + Zn = Cu + Zn²⁺;

б) Pb(NO₃)₂ + Zn = Pb + Zn(NO₃)₂, Pb²⁺ + Zn = Pb + Zn²⁺.

Один моль эквивалентов цинка (32, 69 г/моль) будет замещаться на один моль эквивалентов меди (31, 77 г/моль) или свинца (103, 6 г/моль). Учитывая молярные массы эквивалентов этих элементов, в растворе CuSO₄ масса цинковой пластины будет незначительно уменьшаться, а в растворе Pb(NO₃)₂ – заметно увеличиваться.

Стандартный потенциал магния имеет меньшее значение, чем потенциал цинка. Это означает, что ионы магния не могут окислять цинковую пластинку. Поведение цинка в таком растворе аналогично окислению цинковой пластинки в воде: Zn – 2ē = Zn²⁺. Протекание такого процесса приведет к малозаметному снижению массы цинковой пластинки.

Пример 12.5. Как происходит коррозия цинка, находящегося в контакте с кадмием, во влажном воздухе и в кислом растворе (НСl)? Составить уравнения анодного и катодного процессов. Привести схемы образующихся при этом гальванических элементов. Определить состав продуктов коррозии.

Решение. Цинк имеет меньшее значение потенциала (–0, 763 В), чем кадмий

(–0, 403 В), поэтому он является анодом, а кадмий – катодом. Следовательно, цинк растворяется, а на поверхности кадмия идет восстановление: в кислом растворе – ионов водорода, во влажном воздухе – растворенного в воде кислорода.

Анодный процесс Zn – 2ē = Zn²⁺.

Катодный процесс 2Н⁺ + 2ē ® Н₂ (в кислом растворе);

О₂ + 2Н₂О + 4ē ® 4ОН^– (во влажном воздухе).

Схема образующегося гальванического элемента во влажном воздухе:

(–) Zn | O₂, H₂O½ Cd (+).

Схема образующегося гальванического элемента в кислом растворе:

(–) Zn½ HCl½ Cd (+).

Во влажном воздухе ионы Zn²⁺ с гидроксильными группами, выделяющимися на катоде, образуют малорастворимый гидроксид цинка Zn(ОН)₂, который и является продуктом коррозии.

В кислой среде на поверхности кадмия выделяется газообразный водород. В раствор переходят ионы Zn²⁺.

Пример 12.6. Хром находится в контакте с медью. Какой из металлов будет окисляться при коррозии, если эта пара металлов попадает в кислую среду (HCl)? Привести уравнения анодного и катодного процессов, схему образующегося гальванического элемента. Каков состав продуктов коррозии?

Решение. По положению в ряду напряжений металлов видно, что хром более активный металл (j ° _Сr³⁺/_Cr = –0, 744 В), чем медь (j ° _Сu²⁺/_Cu = 0, 337 В). В образованной гальванической паре Cr – анод, он окисляется, а Cu – катод, на ее поверхности выделяется (восстанавливается) водород из HCl.

Анодный процесс: Cr –3ē = Cr³⁺

Катодный процесс в кислой среде: 2Н⁺ + 2ē ® Н₂

Схема гальванического элемента: (–) Cr½ HCl½ Cu (+)

Появляющиеся ионы Cr³⁺ образуют с хлорид-анионами (из HCl) растворимое соединение – CrC1₃, на поверхности меди выделяется Н₂.