Почему анод всегда слева?

После выбора двух полуэлементов рисунок перестраивается так, что окисление слева, восстановление справа. Для разных металлов это пара с меньшим E°; для концентрационного элемента — более разбавленная сторона. Так обычно рисуют направление e⁻ по внешнему проводу от анода к катоду.

Как собирается Q для пары Zn и Ag⁺/Ag?

Реакция балансируется по числу электронов: Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag, n = 2; твёрдые фазы в Q не входят: Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]².

Почему напряжение может не совпасть с опытом?

В реальности есть потенциалы смыкания, активности не совпадают с молярностью, побочные процессы и пассивация электрода. Здесь — идеализированные E° и концентрации вместо активностей.

Что если оба полуэлемента — один и тот же металл?

Это концентрационный элемент: E°cell = 0, но E_cell = −(RT/nF) ln([Mⁿ⁺]_анод/[Mⁿ⁺]_катод). Разбавленная сторона — анод (металл растворяется); концентрированная — катод (ионы осаждаются). При равных концентрациях E_cell = 0.

Гальванический элемент

Два полуэлемента, солевой мостик, вольтметр; E° и ЭДС ячейки по уравнению Нернста от концентраций.

Гальванический элемент

Выберите две пары «ион/металл» (E° восстановления относительно ВНЭ). Анод (окисление) и катод (восстановление) выставляются автоматически; слева всегда анод. Один металл и разные [ион] — концентрационная ячейка. Концентрации входят в Q; E_cell по уравнению Нернста для сбалансированной реакции.

Ползунки [ион] относятся к выбранным полуэлементам A и B в меню, а не к «левый/правый стакан» на рисунке. Q автоматически сопоставляет концентрации с химией анода и катода. Слева всегда анод.

Полуэлемент A

Полуэлемент B

[ион] в растворе A (моль/л)1 M

[ион] в растворе B (моль/л)1 M

Температура T (K)298.15

Реакция ячейки

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Q = [Zn²⁺] / [Cu²⁺]

Пресеты

Горячие клавиши

R — сброс: Zn | Cu, 1 M, 298 K

Измеренные величины

АнодZn

КатодCu

E°cell1.100 V

E_cell1.1000 V

Q1.000e+0

n (e⁻ в суммарной реакции)2

О модели

Гальванический элемент превращает самопроизвольную окислительно-восстановительную реакцию в ток во внешней цепи. Схема — два полуэлемента, солевой мостик, металлические электроды и вольтметр. Выбирают две пары «ион металла / металл» (учебные E° восстановления относительно ВНЭ). Анод (окисление) слева, катод (восстановление) справа: для разных металлов анод — пара с меньшим E°; для одного металла с разными концентрациями разбавленная сторона — анод (концентрационный элемент). Концентрации входят в отношение реакционных концентраций Q; уравнение Нернста E_cell = E°cell − (RT/nF) ln Q даёт ЭДС. На мостике схематично катионы идут к катоду, анионы — к аноду. Активности заменены концентрациями; потенциалы смыкания и поляризация опущены.

Для кого: 8–11 класс и начало вуза: окисление–восстановление, стандартные потенциалы, уравнение Нернста.

Ключевые понятия

гальванический элемент
анод и катод
стандартный потенциал восстановления
солевой мостик
ЭДС
уравнение Нернста
отношение концентраций Q
концентрационный элемент

Как это работает

Два полуэлемента, солевой мостик, вольтметр; анод слева (меньший E°), катод справа. E°cell и E_cell по уравнению Нернста от концентраций ионов и температуры. Заготовки: элемент Даниэля, Fe|Cu, Zn|Ag. При заметном |E_cell| по внешнему проводу идут электроны.

Основные формулы

E°cell = E°катода − E°анода (оба как восстановление к ВНЭ)

E_cell = E°cell − (RT / nF) ln Q

Часто задаваемые вопросы

Почему анод всегда слева?: После выбора двух полуэлементов рисунок перестраивается так, что окисление слева, восстановление справа. Для разных металлов это пара с меньшим E°; для концентрационного элемента — более разбавленная сторона. Так обычно рисуют направление e⁻ по внешнему проводу от анода к катоду.
Как собирается Q для пары Zn и Ag⁺/Ag?: Реакция балансируется по числу электронов: Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag, n = 2; твёрдые фазы в Q не входят: Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]².
Почему напряжение может не совпасть с опытом?: В реальности есть потенциалы смыкания, активности не совпадают с молярностью, побочные процессы и пассивация электрода. Здесь — идеализированные E° и концентрации вместо активностей.
Что если оба полуэлемента — один и тот же металл?: Это концентрационный элемент: E°cell = 0, но E_cell = −(RT/nF) ln([Mⁿ⁺]_анод/[Mⁿ⁺]_катод). Разбавленная сторона — анод (металл растворяется); концентрированная — катод (ионы осаждаются). При равных концентрациях E_cell = 0.

Близкие темы рядом (в том числе из смежных разделов) — или все 65 в «Химия».

Вся категория →

НовоеШкольные