Проверка уравнение Нернста на примере цинково-медного гальванического элемента

Цель работы: провести проверку уравнения Нернста на примере цинково-медного гальванического элемента.

Оборудование и реактивы: общелабораторный комплекс (электрохимическая ячейка с элек­тродами медным и цинковым), термодатчик; 0, 1М и 1М растворы СuSO₄; 0, 1М и 1М растворы ZnSO₄; солевой мостик

Величина равновесного электродного потенциала зависит от при­роды электрода и электролита, от концентрации электролита и от тем­пературы. Эта зависимость описывается уравнением Нернста. Для обра­тимой электродной реакции: Ox + ze^– = Red, уравнение Нернста будет выглядеть следующим образом:

,

где R – универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура, F - число Фарадея, z – число электронов, участвующих в электрохими­ческой реакции, а_Ox - активность окисленной формы вещества, а _Red – активность восстановленной формы вещества, Е и Е⁰ – электродный потенциал и стандартный электродный потенциалы. Стандартный элек­тродный потенциал равен электродному потенциалу при a_Oх =a_Red=1.

Уравнение Нернста показывает зависимость ЭДС от температуры и состава раствора. Для расчета величины ЭДС при температуре 298К, после подстановки в уравнение Нернста постоянных величин и переходя к десятичному логарифму получим:

.

Вывод уравнения для расчета ЭДС гальванического элемента рас­смотрим на примере элемента Даниэля-Якоби: Zn|Zn²⁺||Сu²⁺|Сu.

На левом электроде протекает полуреакция:

Zn²⁺ + 2е^– = Zn,

на правом электроде:

Сu²⁺ + 2е^– = Сu.

Разность полуреакций, протекающих на правом и левом электродах дает суммарную (токообразующюю) окислительно-восстановительную реакцию, протекающую в элементе:

Сu²⁺ + Zn = Сu + Zn²⁺.

Следовательно, уравнение Нернста для данного гальванического элемента записывается следующим образом:

.

Таким образом, ЭДС данного элемента определяется активностью ионов меди и цинка, температурой растворов и стандартными электрод­ными потенциалами Zn|Zn²⁺ и Сu|Сu²⁺.