Составьте схему цинкового концентрационного элемента с активностями иона Zn2+, равными 10-2 моль/л у одного электрода и 10-6 у другого электрода. Напишите уравнения электродных процессов. Рассчитайте ЭДС этого элемента при 298 К. Покажите вид поляризационных кривых.
1. Схема цинкового концентрационного элемента:
______________________
| |
| Zn2+ (10-2 М) |
Электрод 1 -> | [Zn2+]/Zn | -> Электрод 2
| |
| Zn (массив) |
|______________________|
В данной схеме Zn2+ (цинковый ион) находится в более высокой концентрации (10-2 М) на Аноде, куда сходятся электроны, и в более низкой концентрации (10-6 М) на Катоде, откуда выделяются электроны.
2. Уравнения электродных процессов:
а) На Аноде (Электрод 1): Zn -> Zn2+ + 2e-
б) На Катоде (Электрод 2): Zn2+ + 2e- -> Zn
3. Расчет ЭДС концентрационного элемента:
Для расчета ЭДС используем формулу Нернста:
ЭДС = ((RT)/(2F)) * ln(a2/a1)
где:
- R - газовая постоянная (8.314 Дж/моль·К)
- T - температура (298 К)
- F - постоянная Фарадея (96,485 Кл/моль)
- a2 - активность Zn2+ на катоде (10-6 М)
- a1 - активность Zn2+ на аноде (10-2 М)
Заменяем значения в формулу:
ЭДС = ((8.314 * 298)/(2 * 96,485)) * ln(10-6/10-2)
≈ (2.475/96,485) * ln(10-4)
≈ 0.0256 * ln(10-4)
≈ 0.0256 * (-9.21)
ЭДС ≈ -0.235 мВ
4. Вид поляризационных кривых:
В данной ситуации, так как концентрационный элемент имеет большую концентрацию на аноде и меньшую концентрацию на катоде, поляризационная кривая будет вытянута по оси x (активность ионов) и достигнет наибольшего значения в начале графика (то есть, уровень энергии вначале будет больше, а затем будет медленно снижаться).