Էլեկտրոդային պոտենցիալի չափման վերաբերյալ քննարկման հարցերի օրինակ

Օրինակելի հարցեր Քննարկում Էլեկտրոդային պոտենցիալի չափում

Էլեկտրոդային պոտենցիալի չափումը էլեկտրաքիմիայի կարևորագույն կողմերից է: Էլեկտրաքիմիան քիմիայի մի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է քիմիական ռեակցիաների և էլեկտրականության միջև եղած կապը: Էլեկտրոդային պոտենցիալը չափելու ունակությունը կարևոր է, հատկապես այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են մարտկոցները, կոռոզիան և էլեկտրոլիզը: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք մի քանի օրինակելի խնդիրներ և դրանց լուծումները էլեկտրոդային պոտենցիալի չափման համատեքստում:

Էլեկտրոդային պոտենցիալի հասկացումը

Էլեկտրոդային պոտենցիալը կամ բջջային պոտենցիալը էլեկտրաքիմիական բջիջում երկու էլեկտրոդների միջև էլեկտրական պոտենցիալների տարբերությունն է: Այն կարող է չափվել տարբեր մեթոդներով, այդ թվում՝ ստանդարտ հղման պոտենցիալի օգտագործմամբ, ինչպիսիք են հագեցած կալոմելային էլեկտրոդը (SCE) կամ արծաթ/արծաթե քլորիդ (Ag/AgCl) էլեկտրոդը: Ստանդարտ պոտենցիալը ծառայում է որպես չափանիշ այլ էլեկտրոդների պոտենցիալները չափելու և համեմատելու համար:

Հիմնական բանաձև

Բջջի պոտենցիալը (\(E_{\text{sel}} \)) ստանդարտ պայմաններում կարող է արտահայտվել հետևյալ բանաձևով՝

\[ E_{\text{բջիջ}}^\circ = E_{\text{կաթոդ}}^\circ – E_{\text{անոդ}}^\circ \]

կամ

\[ E_{\text{բջիջ}} = E_{\text{կաթոդ}} – E_{\text{անոդ}} \]

Հարցերի և քննարկման նմուշներ

Օրինակ՝ հարց 1. Գալվանական բջջի պոտենցիալի չափում

Հարց՝

Տրված է գալվանական բջիջ, որը բաղկացած է ցինկի (Zn) և պղնձի (Cu) էլեկտրոդներից, որոնցից յուրաքանչյուրը ընկղմված է ZnSO₄ և CuSO₄ լուծույթի մեջ: Ցինկի ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալը (E°) -0.76 Վ է, իսկ պղնձի՝ +0.34 Վ: Հաշվարկեք բջիջի պոտենցիալը և որոշեք էլեկտրոնային հոսքի ուղղությունը:

Ջավաբան.

Առաջին քայլը անոդի և կաթոդի նույնականացումն է։ Էլեկտրաքիմիայում անոդում տեղի է ունենում օքսիդացում (էլեկտրոնների արտազատում), իսկ կաթոդում՝ վերականգնում (էլեկտրոնների ընդունում)։

– Ցինկի (Zn) էլեկտրոդները հակված են օքսիդացման.
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^- \quad (E^\circ = -0.76 \text{V})
\]

– Պղնձի (Cu) էլեկտրոդները հակված են վերականգնման.
\[
Cu^{2+} + 2 e^- Cu quad (E^ circ = +0.34 V)
\]

Բջջային պոտենցիալի բանաձևի կիրառումը.

\[
E_{\text{բջիջ}}^\circ = E_{\text{կաթոդ}}^\circ – E_{\text{անոդ}}^\circ
= 0.34 Վ – (-0.76 Վ)
= 0.34 Վ + 0.76 Վ
= 1.10 \text{ Վ}
\]

Էլեկտրոնների հոսքի ուղղությունը ցինկի էլեկտրոդից (անոդ) դեպի պղնձի էլեկտրոդ (կաթոդ) է։

Օրինակ՝ հարց 2. Ոչ ստանդարտ բջջային պոտենցիալ

Հարց՝

Էլեկտրաքիմիական բջիջը պատրաստվում է արծաթե (Ag) էլեկտրոդով 0.1 Մ AgNO₃ լուծույթում և ցինկի (Zn) էլեկտրոդով 0.01 Մ ZnSO₄ լուծույթում: Արծաթի ստանդարտ պոտենցիալը +0.80 Վ է, իսկ ցինկի՝ -0.76 Վ: Հաշվարկեք բջիջի պոտենցիալը ոչ ստանդարտ պայմաններում՝ օգտագործելով Ներնստի հավասարումը:

Ջավաբան.

Ներնստի հավասարումը տրվում է հետևյալ կերպ՝

\[
E = E^\circ – \frac{RT}{nF} \ln Q
\]

Որտեղ՝
– \( E^\circ \)-ն ստանդարտ բջջի պոտենցիալն է,
– \(R \)-ն ունիվերսալ գազային հաստատունն է (8.314 Ջ/մոլ K),
– \(T \)-ն ջերմաստիճանը Կելվիններով է (օրինակ՝ 298 K),
– \(n \)-ն փոխանցված էլեկտրոնների մոլերի քանակն է,
– \( F \)-ն Ֆարադեյի հաստատունն է (96485 C/մոլ),
– \(Q \)-ն ռեակցիայի քանորդն է։

Բջջային ռեակցիա.

\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2 \text{e}^- \quad (անոդ)
\]

\[
\text{Ag}^{+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag} \quad (կաթոդ)
\]

Հաջորդը, գրեք ընդհանուր ռեակցիան՝

\[
\text{Zn} + 2\text{Ag}^{+} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{Ag}
\]

Նկատի ունեցեք, որ n=2 (փոխանցվել է երկու էլեկտրոն): Հաշվարկեք \(Q \)-ի արժեքը:

\[
Q = \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2} = \frac{0.01}{(0.1)^2} = \frac{0.01}{0.01} = 1
\]

Քանի որ \(\ln 1 = 0\), ապա Ներնստի հավասարումը՝

\[
E = E^\circ – \frac{RT}{nF} \ln Q = E^\circ
\]

հետևաբար մեզ մնում է միայն հաշվարկել \(E^\circ \)-ը ստանդարտ պոտենցիալից՝

\[
E_{\text{բջիջ}}^\circ = E_{\text{կաթոդ}}^\circ – E_{\text{անոդ}}^\circ
= 0.80 Վ – (-0.76 Վ)
= 0.80 Վ + 0.76 Վ
= 1.56 \text{ Վ}
\]

Այսպիսով, ոչ ստանդարտ պայմաններում բջջի պոտենցիալը մնում է 1.56 Վ, քանի որ \(\lnQ\)-ն զրո է։

Եզրակացություն

Էլեկտրոդային պոտենցիալի չափումը քիմիայի, մասնավորապես էլեկտրաքիմիական կիրառությունների կարևորագույն հմտություն է: Հասկանալով այնպիսի հիմնական հասկացություններ, ինչպիսիք են ստանդարտ պոտենցիալը, հղման էլեկտրոդների օգտագործումը և Ներնստի հավասարման կիրառումը, մենք կարող ենք լուծել էլեկտրոդային պոտենցիալի չափման հետ կապված տարբեր խնդիրներ: Քննարկված օրինակները ներկայացնում են բջջի պոտենցիալը որոշելու համար անհրաժեշտ գործընթացի և քայլերի ընդհանուր պատկերացում՝ թե՛ ստանդարտ, թե՛ ոչ ստանդարտ պայմաններում: Հուսով ենք, որ այս հոդվածը կօգնի ձեզ հասկանալ և կիրառել էլեկտրոդային պոտենցիալի չափման հայեցակարգը էլեկտրաքիմիական լաբորատորիաներում: