Указать полярность и названия электродов, электродные уравнения, составить схему, рассчитать ЭДС гальванического элемента, в котором протекает реакция: Pb2+ + Ni = Ni2+ + Pb. Концентрации ионов: С(Pb2+)=1 M; C(Ni2+) = 10-4 M.

Для решения задачи, давайте разберем все шаги по порядку.

Шаг 1: Определение полярности и названий электродов

В данной реакции:
$ \text{Pb}^{2+} + \text{Ni} \rightarrow \text{Ni}^{2+} + \text{Pb} $

- Анод (отрицательный электрод): это место, где происходит окисление. В нашем случае окисляется никель (Ni), который теряет электроны и превращается в ионы Ni²⁺.
- Катод (положительный электрод): это место, где происходит восстановление. В данной реакции ионы Pb²⁺ восстанавливаются до свинца (Pb).

Таким образом:
- Анод: Ni (никель)
- Катод: Pb²⁺ (свинец)

Шаг 2: Электрод...

Теперь запишем электродные уравнения для каждого электрода.

• :

  $$\text{Ni} \rightarrow \text{Ni}^{2+} + 2e^-$$

• :

  $$\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$$

Схема гальванического элемента будет выглядеть следующим образом:

Где:

• Слева находится анод (Ni) с раствором Ni²⁺.
• Справа находится катод (Pb) с раствором Pb²⁺.

Для расчета ЭДС (электродвижущей силы) гальванического элемента используем уравнение Нернста:

$$E = E^\circ - \frac{RT}{nF} \ln Q$$

где:

• $E^\circ$ — стандартный потенциал элемента,
• $R$ — универсальная газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К)),
• $T$ — температура в Кельвинах (обычно 298 K),
• $n$ — количество электронов, участвующих в реакции (в нашем случае n = 2),
• $F$ — постоянная Фарадея (96485 Кл/моль),
• $Q$ — реакционная степень (отношение концентраций продуктов и реагентов).

Для реакции:

• $E^\circ_{\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}} \approx -0.25 \, \text{В}$
• $E^\circ_{\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}} \approx -0.13 \, \text{В}$

Теперь найдем стандартный потенциал гальванического элемента:

$$E^\circ = E^\circ{\text{анод}} = (-0.13) - (-0.25) = 0.12 \, \text{В}$$

Реакционная степень $Q$ определяется как:

$$Q = \frac{[\text{Ni}^{2+}]}{[\text{Pb}^{2+}]} = \frac{10^{-4}}{1} = 10^{-4}$$

Теперь подставим все значения в уравнение Нернста:

$$E = 0.12 - \frac{(8.314)(298)}{(2)(96485)} \ln(10^{-4})$$

Сначала вычислим:

$$\frac{(8.314)(298)}{(2)(96485)} \approx 0.0041 \, \text{В}$$

Теперь подставим это значение:

$$E = 0.12 - 0.0041 \ln(10^{-4})$$

Значение $\ln(10^{-4}) = -9.2103$:

$$E = 0.12 - 0.0041 \times (-9.2103) \approx 0.12 + 0.0378 \approx 0.1578 \, \text{В}$$

ЭДС гальванического элемента составляет примерно .