Rozwiązanie:

1. 

Symbol chemiczny metalu, który może w opisanym ogniwie pełnić funkcję katody:

 Pb,   Fe,   Ag,   Mn,   Al,   Ni 

 

2.

Schemat ogniwa spełniającego warunki zadania:

Schemat ogniwa: Zn|Zn²⁺||Ni²⁺|Ni

 

3.

Równanie procesu katodowego zachodzącego w trakcie pracy opisanego ogniwa.

Równanie procesu katodowego:  $\mathrm{Ni}{}^{2+}+2\mathrm{e}{}^{-}\to \mathrm{Ni}$

 

---

Wyjaśnienie:

Aby odpowiedzieć na pytania warto najpierw:

• sprawdzić wartości potencjałów standardowych redukcji (tablice chemiczne) dla układów redoks wszystkich wymienionych w treści zadania metali.
• sprawdzić masy molowe pierwiastków biorących udział w procesach utleniania i redukcji.

Aby zidentyfikować metal, który może w opisanym ogniwie pełnić funkcję katody można przeprowadzić następującą dedukcję:

• Wartości potencjałów standardowych redukcji Mn²⁺|Mn i Al³⁺|Al są niższe, niż wartość potencjału standardowego dla Zn²⁺|Zn, więc ani mangan ani glin nie mogą pełnić funkcji katody w opisanym ogniwie.
• Srebro, jako metal katody, również można odrzucić, ponieważ tworzy kationy jednododatnie, a cynk dwudodatnie, więc łączna liczba kationów w układzie ulegałaby zmianie.
• Ołów, jako metal katody, również można odrzucić, ponieważ masa molowa Pb (208 g/mol) jest znacznie większa, niż masa molowa Zn (65 g/mol). W takim ogniwie  łączna masa kationów w układzie by malała.
• Gdyby żelazo było materiałem katody, siła elektromotoryczna takiego ogniwa wynosiłaby 0,315 V, czyli byłaby mniejsza niż 0,4 V.

Zgodnie z konwencją sztokholmską schemat ogniwa zapisujemy tak, aby po lewej stronie znajdowały się informacje dotyczące półogniwa pełniącego funkcję anody - rozpoczynając od materiału elektrody, a kończąc na roztworze, w którym jest zanurzona (roztworze anodowym). Każdą granicę faz należy zaznaczyć pionową kreską |, a klucz elektrolityczny dwoma pionowymi kreskami ||. Po prawej stronie, w odwrotnej kolejności (jak w odbiciu lustrzanym), zapisujemy informacje dotyczące półogniwa pełniącego funkcję katody: najpierw dane roztworu, w którym jest zanurzona katoda (roztworu katodowego), kończąc na materiale tej elektrody.

Aby zapisać równanie procesu katodowego, zachodzące w trakcie pracy opisanego ogniwa, należy pamiętać, że na katodzie zachodzi proces redukcji.