Zadanie 9.
Potencjały półogniw zależą od stężeń reagentów biorących udział w procesach elektrochemicznych. Jeżeli metal Me jest zanurzony w roztworze zawierającym jony tego
metalu o ładunku n+ i o stężeniu c_Meⁿ⁺, to potencjał takiego półogniwa można obliczyć za pomocą równania Nernsta. Dla układu Meⁿ⁺/ Me w temperaturze 298 K to równanie ma postać:

$\mathrm{E}=\mathrm{E}{}^{\circ }+\frac{0,059}{n}\cdot \log c_{\mathrm{Me}{}^{n+}}$

gdzie E° jest potencjałem standardowym redukcji tego półogniwa.

^{Na podstawie: M.J. Sienko, R.A. Plane, Chemia. Podstawy i zastosowania, Warszawa 2002.}

 

Zadanie 9.2.

Ogniwo stężeniowe to ogniwo galwaniczne zbudowane z dwóch takich samych półogniw, tyle że różniących się stężeniem składnika biorącego udział w reakcjach elektrochemicznych.
Zbudowano ogniwo stężeniowe, w którym półogniwami były blaszki ze srebra o jednakowych masach, zanurzone w roztworach wodnych azotanu(V) srebra(I) o temperaturze 298 K. Stężenie molowe roztworu znajdującego się w zlewce 1. było dziesięciokrotnie mniejsze niż roztworu w zlewce 2.
Oceń prawdziwość zdań. Wybierz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe

W opisanym ogniwie anodą było półogniwo zbudowane z blaszki srebrnej, zanurzonej w roztworze AgNO3 znajdującym się w zlewce 1.	P	F
Po zakończeniu pracy ogniwa masa blaszki wyjętej ze zlewki 2 była większa od masy blaszki ze zlewki 1.	P	F

 

---

Odpowiedź:

W opisanym ogniwie anodą było półogniwo zbudowane z blaszki srebrnej, zanurzonej w roztworze AgNO3 znajdującym się w zlewce 1.	P	F
Po zakończeniu pracy ogniwa masa blaszki wyjętej ze zlewki 2 była większa od masy blaszki ze zlewki 1.	P	F

 

---

Wyjaśnienie:

Ogniwo stężeniowe składa się z dwóch analogicznych półogniw różniących się stężeniami elektrolitów. Podczas pracy takiego ogniwa stężenia zaczynają się wyrównywać.

Anodą jest półogniwo o mniejszym stężeniu - zachodzi w nim proces utleniania np.:

$\mathrm{Ag}\to \mathrm{Ag}{}^{+}+\mathrm{e}{}^{-}$

i masa blaszki metalicznej ulega systematycznemu zmniejszaniu.

Katodą jest półogniwo o większym stężeniu - zachodzi w nim proces redukcji np:

$\mathrm{Ag}{}^{+}+\mathrm{e}{}^{-}\to \mathrm{Ag}\downarrow$

przez co masa blaszki systematycznie się zwiększa. 

Stężenie elektrolitu w zlewce 1 było mniejsze więc tam znajdowało się półogniwo pełniące funkcję anody (gdzie masa blaszki malała). W zlewce 2 stężenie elektrolitu  było większe - pełniło ono funkcję katody, a masa zawartej w nim blaszki systematycznie rosła. Dzięki tym procesom stężenia elektrolitów w obu półogniwach mogły stopniowo się wyrównywać. 

Do rozwiązania tego zadania można było skorzystać z równania Nernsta. Oznaczamy stężenie elektrolitu w zlewce 1 jako 0,1x, a tego w zlewce 2. jako x.

${\mathrm{E}}_{zlewka2}=\mathrm{E}{}^{\circ }+0,059\cdot \log x$

${\mathrm{E}}_{zlewka1}=\mathrm{E}{}^{\circ }+0,059\cdot \log 0,1x$

korzystamy ze wzoru na sumę logarytmów:

${\mathrm{E}}_{zlewka1}=\mathrm{E}{}^{\circ }+0,059\cdot \left(\log 0,1+\log x\right)$

${\mathrm{E}}_{zlewka1}=\mathrm{E}{}^{\circ }+0,059\cdot \left(-1+\log x\right)$

${\mathrm{E}}_{zlewka1}=\mathrm{E}{}^{\circ }+0,059\log x-0,059$

${\mathrm{E}}_{zlewka1}={\mathrm{E}}_{zlewka2}-0,059$

Zatem:

${\mathrm{E}}_{zlewka2}>{\mathrm{E}}_{zlewka1}$

dzięki czemu wiemy, że anodą jest półogniwo w zlewce 1 (ponieważ ma niższą wartość potencjału redukcji).