Galvanické články aneb chemická reakce zdrojem elektrické energie

Máte mobil, notebook nebo tablet? Většina z vás asi ano a pravděpodobně si už ani nedovedete
představit život bez těchto i dalších elektronických zařízení, která ke svému provozu potřebují mobilní
zdroj elektrické energie – baterii (nelze dobíjet), akumulátor (lze opakovaně dobíjet). Kde se
elektrická energie v baterii bere?
V praxi se používají jako zdroj elektrické energie elektrochemické galvanické články, složené
ze dvou poločlánků, ve kterých probíhají na elektrodách ponořených do roztoku elektrolytu
samovolné oxidačně-redukční děje produkující elektrickou energii. Na katodě probíhá redukce,
na anodě oxidace. Jestliže ponoříme kov (elektrodu) do roztoku své soli vznikne poločlánek a pokud
jej vodivě spojíme s jiným kovem (elektrodou) umístěným také v roztoku své soli (druhý poločlánek),
můžeme mezi elektrodami naměřit napětí.
Kovy seřazené podle vzrůstajícího standardního elektrodového potenciálu (tabulka 2)
tvoří elektrochemickou řadu napětí kovů (Beketovova řada napětí). Standardní elektrodový potenciál
se měří jako napětí v galvanickém článku, ve kterém je vždy jedním poločlánkem daný kov
v roztoku svého iontu a druhým poločlánkem je standardní vodíková elektroda, jejíž standardní
elektrodový potenciál byl dohodou stanoven na hodnotu 0 V.
V galvanickém článku jsou kombinovány elektrody, které mají rozdíl potenciálů větší než
nula:
Eo (katoda) – Eo(anoda) > 0
Na jedné elektrodě probíhá redukce (na katodě), na druhé oxidace (na anodě).
Tabulka 2: Standardní elektrodový potenciál kovů
Elektroda Na+/Na Mg2+/Mg Al3+/Al Zn2+/Zn Fe2+/Fe Pb2+/Pb H+/H2 Cu2+/Cu Ag+/Ag Au3+/Au
E° (V) –2,71 –2,36 –1,67 –0,76 –0,44 –0,13 0,00 0,34 0,80 1,52
Tzv. Danielův článek (obrázek 1) je galvanický článek sestavený ze dvou konkrétních poločlánků.
Do roztoku síranu zinečnatého a síranu měďnatého je vložena kovová elektroda ze zinkového
plechu resp. měděného plechu; oba elektrolyty jsou vodivě propojeny (např. solným můstkem
– U trubice naplněná nasyceným roztokem dusičnanu draselného). Na povrchu elektrod samovolně
probíhají tyto reakce, které se zapisují včetně skupenství (uvádí se do závorky za danou látku):
anoda (–) (oxidace): Zn(s)  Zn2+(aq) + 2e–
katoda (+) (redukce): Cu2+(aq) + 2e–  Cu(s)
schématický zápis galvanického článku: (–) Zn/Zn2+//Cu2+/Cu (+)
celková redoxní reakce v soustavě: Zn(s) + Cu2+(aq)  Zn2+(aq) + Cu(s)
aq – vodný roztok, s – pevná látka, l – kapalina, // – solný můstek, diafragma apod.
Zadání teoretické části školního kola ChO kat. C 2016/2017
7
Obrázek 1: Danielův článek
Výsledné napětí Danielova článku lze vypočítat teoreticky i prakticky změřit voltmetrem.
Eo (katoda) – Eo(anoda) = 0,34 – (– 0,76) = 1,10 V
Napětí Danielova článku je 1,10 V, chemická energie se v galvanickém článku přeměnila na energii
elektrickou.
Do vodného roztoku hořečnaté soli vložíme elektrodu z Mg a do roztoku měďnaté soli umístíme
elektrodu z Cu, oba elektrolyty jsou vodivě propojeny diafragmou (pórovitá přepážka, která
brání rychlému míchání elektrolytů). Na elektrodách začnou probíhat samovolné oxidačně-redukční
reakce.
1. Zapište dílčí redoxní reakce včetně skupenství, určete polaritu elektrod.
2. Vytvořte schematický zápis tohoto galvanického článku.
3. Zapište celkovou reakci pomocí vyčíslené chemické rovnice v iontovém tvaru.
4. Vypočtěte napětí článku.
Sestavte galvanické články, ve kterých použijete jako elektrody dvojice kovů Al – Pb, Ag – Pb a
roztoky jejich solí.
5. Vytvořte schematické zápisy obou galvanických článků.
6. Zapište dílčí redoxní reakce a určete polaritu elektrod u obou galvanických článků.
7. Vysvětlete případnou rozdílnou polaritu elektrod téhož kovu v sestavených článcích.
8. Vypočtěte napětí obou článků.

poradíte mi prosím