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 концентрационной ячейки — 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, твердые 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 — идеализованные E° и концентрации вместо активностей.

Что если оба полуэлемента — один и тот же металл?

Это концентрационная ячейка: 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, мост, вольтметр; E° и E ячейки по Нернсту от концентраций (учебные E°).

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 (волтаический) элемент использует самопроизвольную окислительно-восстановительную реакцию, чтобы проталкивать электроны по внешней цепи. Симулятор показывает схему двух стаканов с солевым мостом, металлическими электродами и вольтметром на проводе. Вы выбираете две пары «ион металла / металл» (стандартные потенциалы восстановления E° относительно ВНЭ — округлённые учебные значения). Модель автоматически назначает анод (окисление) слева и катод (восстановление) справа, чтобы рисунок совпадал с направлением e⁻ слева направо по внешнему проводу. Для разных металлов анод — пара с меньшим E°; для одного металла с разными концентрациями ионов разбавленная сторона — анод (концентрационная ячейка). Концентрации входят в реакционное отношение Q (включая правильные степени при разном n, например Zn и Ag⁺). На панели показаны сбалансированная реакция ячейки и символьное Q. Уравнение Нернста E_cell = E°cell − (RT/nF) ln Q обновляет показание; температура задаётся ползунком. Точки электронов анимируются на внешнем проводе при заметном |E_cell|; на солевом мосту — схематические стрелки катионы → катод и анионы → анод. Потенциалы смыкания, коэффициенты активности, комплексообразование и поляризация концентрации опущены — вместо активностей используются концентрации — поэтому числа для понятийной работы рядом с отдельным симулятором уравнения Нернста.

Для кого: Школьники и студенты начальных курсов по окислению-восстановлению, стандартным потенциалам и уравнению Нернста; связь формул с картинкой «целой ячейки».

Ключевые понятия

Гальванический элемент
Анод и катод
Стандартный потенциал восстановления
Солевой мост
ЭДС ячейки
Уравнение Нернста
Реакционное отношение Q
Концентрационная ячейка
Постоянная Фарадея

Как это работает

Гальваническая ячейка: два полуэлемента, мост, вольтметр; анод слева (меньший E°), катод справа. E°cell и E по Нернсту от [ион] в A и B и T; пресеты Daniell, Fe|Cu, Zn|Ag. Анимация e⁻ по внешнему проводу; R — сброс.

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 концентрационной ячейки — 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, твердые 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 — идеализованные E° и концентрации вместо активностей.
Что если оба полуэлемента — один и тот же металл?: Это концентрационная ячейка: 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