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 Новый

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 элемента

Гальванический 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

Шаг 2: Определение концентраций и ионов

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.

Шаг 3: Использование уравнения Нернста

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).

Шаг 4: Определение стандартного потенциала

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 Q

Реакция в гальваническом элементе:

Mg + Pb2+ → Mg2+ + Pb.

Тогда Q = [Mg2+]/[Pb2+] = (0,004)/(0,16) = 0,025.

Шаг 6: Подстановка значений в уравнение Нернста

Теперь 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: Ответ

Электродвижущая сила (э. д. с.) гальванического элемента составляет примерно 2,33 В.