Aby uzupełnić schemat ogniwa galwanicznego, należy skorzystać z danych dotyczących półogniw B i C podanych w zadaniu 14.1.
Dane z kontekstu zadania (półogniwa B i C):
- Półogniwo B: $\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}$, $E^\circ = +0{,}77\ \text{V}$
- Półogniwo C: $\text{Sn}^{4+}/\text{Sn}^{2+}$, $E^\circ = +0{,}15\ \text{V}$
-
Krok 1 – Porównanie potencjałów standardowych półogniw B i C
Półogniwo o wyższym potencjale standardowym pełni rolę katody (elektrody dodatniej, +), gdzie zachodzi redukcja.
Półogniwo o niższym potencjale standardowym pełni rolę anody (elektrody ujemnej, –), gdzie zachodzi utlenianie.
Porównanie:
$$E^\circ_B = +0{,}77\ \text{V} \quad > \quad E^\circ_C = +0{,}15\ \text{V}$$
Zatem:
- Półogniwo C ($\text{Sn}^{4+}/\text{Sn}^{2+}$) → anoda (–), zachodzi utlenianie: $\text{Sn}^{2+} \rightarrow \text{Sn}^{4+} + 2e^-$
- Półogniwo B ($\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}$) → katoda (+), zachodzi redukcja: $\text{Fe}^{3+} + e^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}$
-
Krok 2 – Ustalenie zapisu schematu ogniwa
Schemat ogniwa galwanicznego zapisuje się zgodnie z konwencją:
$$(-)\text{ anoda} \mid \text{elektrolit anody} \| \text{elektrolit katody} \mid \text{katoda (+)}$$
Ponieważ oba półogniwa zawierają wyłącznie jony (brak metalu aktywnego), elektrody wykonane są z platyny (Pt) — materiału obojętnego. Elektrolity zawierają mieszaninę obu form utlenionej i zredukowanej danego układu redoks.
Na anodzie (półogniwo C) w roztworze obecne są jony $\text{Sn}^{2+}$ i $\text{Sn}^{4+}$.
Na katodzie (półogniwo B) w roztworze obecne są jony $\text{Fe}^{3+}$ i $\text{Fe}^{2+}$.
-
Krok 3 – Zapis kompletnego schematu ogniwa
$$(-)\text{ Pt} \mid \text{Sn}^{2+}, \text{Sn}^{4+} \| \text{Fe}^{3+}, \text{Fe}^{2+} \mid \text{Pt (+)}$$
-
Krok 4 – Sprawdzenie SEM ogniwa
Siła elektromotoryczna ogniwa (SEM) musi być dodatnia, aby ogniwo generowało prąd spontanicznie:
$$\text{SEM} = E^\circ_{\text{katoda}} - E^\circ_{\text{anoda}} = 0{,}77\ \text{V} - 0{,}15\ \text{V} = +0{,}62\ \text{V} > 0$$
Warunek jest spełniony — ogniwo działa spontanicznie.
Wynik końcowy:
$$\boxed{(-)\text{ Pt} \mid \text{Sn}^{2+}, \text{Sn}^{4+} \| \text{Fe}^{3+}, \text{Fe}^{2+} \mid \text{Pt (+)}}$$
Po lewej stronie mostka solnego (przy anodzie ujemnej) zapisujemy elektrolit półogniwa C zawierający jony $\text{Sn}^{2+}$ i $\text{Sn}^{4+}$, po prawej stronie (przy katodzie dodatniej) elektrolit półogniwa B zawierający jony $\text{Fe}^{3+}$ i $\text{Fe}^{2+}$.