Какова ЭДС гальванического элемента, в котором электроды состоят из цинка и олова, если концентрация ионов цинка в растворе равна 0,01 моль/л, а концентрация ионов олова - 0,001 моль/л?

Химия 11 класс Гальванические элементы ЭДС гальванического элемента цинк олово концентрация ионов химия электрохимия Новый

Чтобы рассчитать ЭДС (электродвижущую силу) гальванического элемента, состоящего из цинка и олова, мы можем использовать уравнение Нернста. Это уравнение позволяет учитывать концентрации ионов в растворе и температуру.

Шаги для решения задачи:

1. Запишем полуреакции для каждого электрода:
• Для цинка: Zn²⁺ + 2e⁻ ↔ Zn (анод)
• Для олова: Sn²⁺ + 2e⁻ ↔ Sn (катод)
2. Запишем стандартные потенциалы для этих полуреакций:
• Стандартный потенциал для цинка (E°(Zn²⁺/Zn)) = -0,76 В
• Стандартный потенциал для олова (E°(Sn²⁺/Sn)) = -0,14 В
3. Рассчитаем стандартную ЭДС элемента:

ЭДС (E°) = E°(катод) - E°(анод)

E° = -0,14 В - (-0,76 В) = 0,62 В

4. Теперь применим уравнение Нернста:

Уравнение Нернста имеет вид:

E = E° - (RT/nF) * ln(Q),

где:

• E - ЭДС при заданных концентрациях;
• E° - стандартная ЭДС;
• R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К));
• T - температура в Кельвинах (для стандартных условий обычно 298 К);
• n - количество электронов, участвующих в реакции (в нашем случае n = 2);
• F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль);
• Q - реакционное отношение, которое можно рассчитать как: Q = [Zn²⁺] / [Sn²⁺].
5. Вычислим Q:

Q = [Zn²⁺] / [Sn²⁺] = 0,01 / 0,001 = 10.

6. Теперь подставим все значения в уравнение Нернста:

E = 0,62 В - (8,314 * 298 / (2 * 96485)) * ln(10).

7. Выполним расчет:

Сначала найдем (RT/nF):

(8,314 * 298) / (2 * 96485) ≈ 0,0041 В.

Теперь найдем ln(10) ≈ 2,303.

Тогда: E ≈ 0,62 В - 0,0041 * 2,303 ≈ 0,62 В - 0,0094 В ≈ 0,6106 В.

8. Итак, окончательный ответ:

ЭДС гальванического элемента составляет примерно 0,61 В.