Гальванический элемент записывают в виде электрохимической схемы. Электрохимическая схема элемента Якоби – Даниэля

А (−) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu (+) K.

Краткая схема

А (−) Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu (+) K

Максимальное напряжение, которое дает элемент (Э.Д.С.), рассчитывают как разность электродных потенциалов катода и анода:

E = е _катода - е _анода.

Э. Д. С. элемента Якоби – Даниэля для стандартных условий

e⁰Zn/Zn²⁺ = – 0,76 (В); e⁰Cu/C²⁺ = +0,34 В

Е⁰ = (+0,34) – (-0,76) = 1,10 В

В гальваническом элементе окислительно-восстановительный процесс протекает самопроизвольно в направлении той реакции, для которой Э. Д. С. реакции – величина положительная.

Так как электродный потенциал зависит от концентрации ионов металлов в растворе, то можно составлять концентрационные гальванические элементы. Например, электрохимическая схема серебряного концентрационного гальванического элемента запишется

А (−) Ag | AgNO₃ (С₁) || (С₂) AgNO₃ | Ag (+) K

где С₁ < С₂,

C₁ и C₂ – концентрации электролита AgNO₃.

Пример 3. Гальванический элемент составлен из алюминиевого электрода (концентрация ионов Al³⁺ равна 10^–4 мол/л) и никелевого электрода при стандартных условиях. Составить электрохимическую схему элемента. Указать электроды, являющиеся анодом и катодом. Рассчитать Э.Д.С. гальванического элемента. Написать уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в элементе.

Решение. Из таблицы 5 находим, что значение стандартного электродного потенциала никелевого электрода е⁰ Ni/Ni²⁺ равно – 0,25(В).

По уравнению Нернста рассчитаем электродный потенциал для алюминиевого электрода

еAl/Al³⁺ = –1,660 + 0,059 Lg 0,0001 /3 = –1,739(В).

Чем ниже значение электродного потенциала, тем легче идет процесс окисления. В электрохимии электрод, на котором идет процесс окисления, называется анодом. В гальваническом элементе анод имеет заряд (−). Алюминиевый электрод имеет меньший электродный потенциал и является анодом. Составим электрохимическую схему элемента.

А (−) Al | Al³⁺ || Ni²⁺ | Ni (+) K.

Э.Д.С. алюминий–никелевого гальванического элемента будет равна

E = е _катода – е _анода = (+0,34) – (–0,76) = 1,10 В.

На алюминиевом электроде (аноде) протекает процесс окисления

Al – 3e^- = Al³⁺.

На никелевом электроде (катоде) идет процесс восстановления

Ni²⁺ + 2е^- = Ni .

Суммарное ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в гальваническом элементе, запишется:

2 Al – 3e^- = Al³⁺.

3 Ni²⁺ + 2е^- = Ni

2Al +3Ni²⁺ = 2Al³⁺. + 3Ni.