2024-11-29 16:41:51
Как составить схему и вычислить электродвижущую силу (э. д. с.) гальванического элемента при 25°С, состоящего из магниевой пластинки в 0,01 моль/л растворе MgSO4 и свинцовой пластинки в 0,2 моль/л растворе Pb(NO3)2, если степень диссоциации солей MgSO4 и Pb(NO3)2 составляет 40% и 80% соответственно?
Химия 11 класс Гальванические элементы и электродные процессы гальванический элемент электродвижущая сила MgSO4 Pb(NO3)2 степень диссоциации химические реакции электрохимия расчет э.д.с
2024-11-29 16:42:14
Для решения задачи по вычислению электродвижущей силы (э. д. с.) гальванического элемента, состоящего из магниевой и свинцовой пластинок, мы будем следовать нескольким шагам.
Шаг 1: Составление схемы гальванического элементаГальванический элемент состоит из двух полюсов: анода и катода. В нашем случае:
- Анод: магниевая пластинка в растворе MgSO4.
- Катод: свинцовая пластинка в растворе Pb(NO3)2.
Схема элемента выглядит следующим образом:
- Mg | MgSO4 (0,01 моль/л) || Pb(NO3)2 (0,2 моль/л) | Pb
Для расчета э. д. с. мы должны учитывать степень диссоциации солей:
- MgSO4: степень диссоциации = 40% (0,4).
- Pb(NO3)2: степень диссоциации = 80% (0,8).
Теперь определим концентрации ионов:
- Для MgSO4:
- Концентрация ионов Mg2+ = 0,01 моль/л * 0,4 = 0,004 моль/л.
- Концентрация ионов SO4^2- = 0,01 моль/л * 0,4 = 0,004 моль/л.
- Для Pb(NO3)2:
- Концентрация ионов Pb2+ = 0,2 моль/л * 0,8 = 0,16 моль/л.
- Концентрация ионов NO3- = 0,2 моль/л * 0,8 * 2 = 0,32 моль/л.
Электродвижущая сила (э. д. с.) гальванического элемента рассчитывается по уравнению Нернста:
E = E° - (RT/nF) * ln(Q),
где:
- E° - стандартный потенциал элемента;
- R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К));
- T - температура в Кельвинах (25°C = 298 K);
- n - количество электронов, участвующих в реакции;
- F - постоянная Фарадея (96500 Кл/моль);
- Q - реакционная степень (концентрации продуктов реакции, деленные на концентрации реагентов).
Стандартные электрохимические потенциалы для Mg и Pb можно найти в таблицах:
- E°(Mg2+/Mg) = -2,37 В;
- E°(Pb2+/Pb) = -0,13 В.
Э. д. с. гальванического элемента:
E° = E°(катод) - E°(анод) = (-0,13) - (-2,37) = 2,24 В.
Шаг 5: Определение QРеакция в гальваническом элементе:
Mg + Pb2+ → Mg2+ + Pb.
Тогда Q = [Mg2+]/[Pb2+] = (0,004)/(0,16) = 0,025.
Шаг 6: Подстановка значений в уравнение НернстаТеперь подставим все известные значения в уравнение Нернста:
E = 2,24 - (8,314 * 298 / 2 * 96500) * ln(0,025).
Рассчитаем:
E = 2,24 - (0,0257) * ln(0,025).
ln(0,025) ≈ -3,688. Подставляем:
E = 2,24 - (0,0257 * -3,688) = 2,24 + 0,0947 ≈ 2,334 В.
Шаг 7: ОтветЭлектродвижущая сила (э. д. с.) гальванического элемента составляет примерно 2,33 В.
