Пример 3. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых кадмий будет анодом, в другом – катодом

Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых кадмий будет анодом, в другом – катодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на электродах, и посчитайте электродвижущую силу (эдс) элементов.

Решение.

Устройства, используемые для преобразования энергии химической реакции в электрическую энергию, называются гальваническими элементами. Элемент работает за счет окислительно-восстановительной реакции. Электрод, на котором идет восстановление, называется катодом. Электрод, на котором идет окисление, называется анодом. Если анод и катод изготовлены из разных металлов, то на электроде из более активного металла (с меньшим значением электродного потенциала) идет процесс окисления. Менее активный металл будет катодом и на нем протекает процесс восстановления.

Электродвижущая сила гальванического элемента равна разности значений равновесных электродных потенциалов катода и анода: ЭДС = E_К - E_А.

Чтобы в гальваническом элементе кадмий был катодом (E⁰_Cd = – 0,40 В), в качестве анода нужно подобрать электрод из более активного металла, например, марганца (E⁰_Mn = – 1,18 В).

Схема гальванического элемента:

 

Mn⁰ ê Mn²⁺ êê Cd²⁺ ê Cd⁰.

 

Напишем реакций, протекающие на электродах:

 

на аноде (-) Mn⁰ – 2 = Mn²⁺ – окисление,

на катоде (+) Cd²⁺ + 2 = Cd⁰ – восстановление,

 

Mn⁰ + Cd²⁺ = Mn²⁺ + Cd⁰.

 

Рассчитаем ЭДС элемента по формуле

 

ЭДС = E_К - E_А = E_Cd - E_Mn = – 0,40 - (– 1,18) = 0,78 В.

 

Если в пару с кадмием в качестве другого электрода взять менее активный металл, например, свинец (E⁰_Pb = – 0,13 В), то кадмий будет играть роль анода.

Схема гальванического элемента:

 

Cd⁰ ê Cd²⁺ êê Pb²⁺ ê Pb⁰.

 

Уравнения реакций протекающих на электродах:

на аноде (-) Cd⁰ – 2 = Cd²⁺ – окисление,

на катоде (+) Pb²⁺ + 2 = Pb⁰ – восстановление.

Рассчитаем ЭДС элемента по формуле

 

ЭДС = E_К - E_А = E_Pb - E_Cd = - 0,13 - (- 0,40) = 0,27 В.