Дана схема ГЭ: Mn | MnSO4 || Bi2(SO4)3 | Bi Определить анод и катод, написать схемы электродных процессов. Определить ЭДС.
Вопрос пользователя
Дана схема ГЭ: Mn | MnSO4 || Bi2(SO4)3 | Bi
Определить анод и катод, написать схемы электродных процессов. Определить ЭДС.
Ответ эксперта
Для того, чтобы кто-то получил электроны, сначала кто-то другой должен их отдать!
Поэтому в схеме СЛЕВА («сначала») всегда записывают АНОД, а СПРАВА — КАТОД.
Или, если схема не дана (или дана, но неверно — такое тоже бывает), можно определить анод и катод по значениям электродных восстановительных потенциалов: у кого φº ВЫШЕ — тот КАТОД (легко запомнить: кто сильнее — тот забирает электроны)!
Bi(3+) + 3ē ⇆ Bi φº= + 0,215 В
Mn(2+) + 2ē ⇆ Mn φº= – 1,179 В
φº электродной ячейки висмута выше, чем марганца, поэтому — висмут Bi (к) катод (отрицательный электрод), на нем происходит восстановление, а Mn (к) — анод (положительный электрод), на нем происходит окисление.
Т.о. данная схема верна: слева анод, справа — катод.
ЭДС = φº восст. – φº окисл. (или φº катод – φº анод) = 0,215 – (– 1,179) = 1,394 В >0 (положительное значение показывает, что реакция действительно идет)
Схемы электродных процессов:
на аноде: Mn – 2ē → Mn(2+) | 3
(т.е. атомы анода-марганца теряют электроны = окисляются, превращаются в ионы и переходят в раствор — концентрация раствора растет, анод теряет атомы и уменьшается в размерах и в массе, а электроны переходят на связанный с анодом катод — висмут)
на катоде: Bi(3+) + 3ē → Bi | 2
(т.е. катионы висмута, находящиеся в растворе, притягиваются к получившему электроны и потому отрицательному катоду Bi (к), получают от него электроны = восстанавливаются, превращаются в атомы и оседают на катоде — концентрация раствора падает, анод получает дополнительные атомы и увеличивается в размерах и в массе)
Общее уравнение (с электронным балансом):
3Mn + 2Bi(3+) → 3Mn(2+) + 2Bi
или: 3Mn + Bi2(SO4)3 → 3MnSO4 + 2Bi
Кстати, чем выше концентрация раствора, тем выше электродный потенциал.
Т.к. в анодной ячейке концентрация раствора растет, то и φ растет, а в катодной ячейке по той же причине φ снижается, т.е. разница между ними уменьшается. Поэтому во время работы ГЭ ЭДС постепенно падает, пока не дойдет до нуля (это произойдет, когда φ в обеих ячейках сравняется, и наступит равновесие).
