Решение
В таблице находим значения стандартных электродных потенциалов систем Zn/Zn2+ и Mg/Mg2+ :
Поскольку 
, то магниевый электрод выполняет функцию анода, а цинковый – катода. Схема гальванического элемента имеет вид:
На аноде идет процесс окисления:
На катоде – восстановление катионов среды:
Стандартная ЭДС гальванического элемента
Е = φ0к – φ0а = –0,763 – (–2,37) = 1,607 В.
По уравнениям (9.5) и (9.6) вычислим константу равновесия токообразующей реакции:
Потенцируя, находим Кравн = 3,5 ∙1054.
Поскольку К >>1, то токообразующая реакция практически необратима.
Пример 2. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из цинкового и серебряного электродов, погруженных в растворы их солей. Концентрации ионов в растворах: CZn2+ = 0,1 моль/л, CAg+ = 0,01 моль/л. Укажите, какой электрод является катодом, а какой – анодом. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах, а также суммарное уравнение токообразующей реакции в гальваническом элементе. Рассчитайте ЭДС этого элемента.
Решение
Так как концентрации ионов не равны единице, то вначале рассчитаем потенциалы электродов, используя формулу Нернста. Если в условии задачи отсутствует значение температуры, то ее принимают равной стандартной температуре Т = 298 К. Поэтому будем использовать уравнение (9.2):
Подставим числовое значение концентрации в формулу Нернста, используя данные таблицы 9.1:
Из расчета видно, что 
. Поэтому цинковый электрод выполняет функцию анода, а серебряный – катода.
Схема гальванического элемента:
Вычислим ЭДС элемента по формуле (9.4):
Е = φк – φа = 0,741 – (-0,789) = 1,530 В.
Теперь запишем электродные реакции. На аноде происходит процесс окисления:
а на катоде – процесс восстановления:
Складывая уравнения электродных процессов (с учетом равенства числа принимаемых и отдаваемых электронов), получаем суммарное уравнение токообразующей реакции: Zn + 2Ag+ = Zn2+ + 2Ag.
Задачи
221–226 Напишите уравнения катодного и анодного процессов и составьте схему гальванического элемента, при работе которого протекает следующая реакция (см. таблицу). На основании значений стандартных электродных потенциалов рассчитайте константу равновесия данной реакции и ЭДС элемента.
| № задачи | Реакция | Ответ |
| Sn + PbCl2 = SnCl2 + Pb | Кр = 2,0; E = 9∙10–3 B | |
| Zn + Pb(NO3)2 = Zn(NO3)2 + Pb | Кр = 3,5∙1021; E = 0,633 B | |
| Zn + 2AgNO3 = Zn(NO3)2 + 2Ag | Кр = 8,7∙1052 ; E = 1,56 B | |
| Ni + 2AgNO3 = Ni(NO3)2 + 2Ag | Кр = 3,8∙1035 ; E = 1,05 B | |
| Zn + CdSO4 = ZnSO4 + Cd | Кр = 1,56∙1012; E = 0,36 B | |
| Mg + Ni(NO3) 2 = Mg(NO3)2 + Ni | Кр = 1,7∙108 ; E = 8,23 B |
227–233Рассчитайте значения электродных потенциалов металла, являющегося анодом, при различных концентрациях раствора: 10; 0,1; 0,01; 0,001 моль/л. Концентрация раствора, в который погружен катод, постоянна и равна 1 моль/л. Определите ЭДС.
Постройте график зависимости ЭДС гальванического элемента от логарифма концентрации раствора, в который погружен анод. Напишите уравнение токообразующей реакции, протекающей в гальваническом элементе.
| № задачи | Гальванический элемент |
| Ni|Ni2+ || 2Ag+|2Ag | |
| Zn | Zn2+ || Cr3+ | Cr | |
| H2|2H+||Cu2+|Cu | |
| Mg| Mg 2+||Ni2+|Ni | |
| Al|Al3+||Fe2+|Fe | |
| Zn | Zn2+|| Pb2+|Pb | |
| Mg| Mg 2+||Bi3+|Bi |
234–236 Одним из электродов гальванического элемента является металл (см. таблицу), погруженный в раствор своей соли с концентрацией ионов 0,01 моль/л, а другим – водородный электрод. ЭДС этого элемента составляет Е, В. Напишите уравнения катодной и анодной реакций, приведите схему гальванического элемента. Рассчитайте потенциал водородного электрода и концентрацию ионов водорода в растворе. Т = 298 K.
| № задачи | металл | Е, В | Ответ |
| Zn | 0,701 | 0,01 | |
| Cu | 0,371 | 0,03 | |
| Ni | 0,250 |
237–240 Запишите уравнения электродных реакций и составьте схему гальванического элемента, работа которого выражается уравнением, представленным в таблице. Укажите, какой электрод является катодом и анодом. Рассчитайте значения электродных потенциалов при концентрациях растворов анода С1 и катода С2 (см. таблицу). Определите ЭДС этого элемента.
| № задачи | Реакция | С1, моль/л | С2, моль/л | Ответы |
| Fe + 2Ag+2 Á Ag + Fe2+ | 0,01 | 0,1 | 1,24 | |
| Ni + Cu2+ Á Ni2+ + Cu | 0,1 | 0,1 | 0,59 | |
| Mg + Pb2+ Á Mg2+ + Pb | 0,01 | 2,184 | ||
| Zn + Ni2+ Á Ni + Zn2+ | 0,01 | 0,01 | 0,513 |
241–244 Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух металлов Ме1 и Ме2, погруженных в раствор собственных солей с концентрацией ионов С1 и С2 (см. таблицу). Укажите, какой электрод является катодом и анодом. Напишите уравнения реакций, протекающих на данных электродах, а также суммарное уравнение токообразующей реакции в гальваническом элементе. Рассчитайте ЭДС этого элемента.
| № задачи | Ме1 | Ме2 | С1, моль/л | С2, моль/л | Ответы |
| Zn | Ni | 0,01 | 0,01 | 0,51 В | |
| Fe | Cu | 0,1 | 0,01 | 0,75 В | |
| Fe | Ag | 0,001 | 0,01 | 1,21 В | |
| Mg | Fe | 0,01 | 1,99 В |
245–247 Рассчитайте значения электродных потенциалов металлов, приведенных в условии задачи, при концентрациях растворов С1 (для 1-го металла) и С2 (для 2-го металла). Определите анод и катод. Вычислите ЭДС элемента.
Аналогичные расчеты проведите для концентраций растворов, уменьшенных в 10 раз. Изменится ли ЭДС?
Приведите уравнения электродных реакций.
| № задачи | Ме1 | Ме2 | С1, моль/л | С2 , моль/л | Ответы |
| Zn | Cu | 0, 1 | 0, 1 | 1,10 В | |
| Al | Ni | 0,1 | 0,01 | 1,41 В | |
| Mg | Ni | 0,01 | 0,1 | 2,15 В |
248 Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте его схему. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, вычислите ЭДС. Гальванический элемент состоит из серебряных электродов, опущенных: первый в 0,01 М, а второй в 0,1 М растворы AgNO3.
Ответ: 0,059 В.
249 Составьте схему двух гальванических элементов, в одном из которых никель был бы анодом, в другом – катодом. Напишите для каждого из них уравнения реакций, протекающих на аноде и на катоде, и рассчитайте ЭДС гальванических элементов при стандартных условиях. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов уменьшить в 10 раз?
250 Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, проходящих на катоде и аноде.