Условие задачи

Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом – анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.

Решение

Данная задача относится к разделу электрохимии (окислительно-восстановительные процессы, гальванические элементы). Нам необходимо привести схемы двух гальванических элементов, где в одном никель выполняет функцию катода (на нём происходит восстановление), а в другом ­– анода (на нём протекает окисление). Ниже приведём подробное решение с использованием электронных уравнений реакций для каждого полупроцесса.

─────────────────────────────
1. Элемент с никелем в роли КАТОДА

Поскольку на катоде происходит восстановление, то в элементе с никелем в качестве катода реакция на его поверхности будет выглядеть так:

Никелевые ионы + 2e⁻ → металлический никель
Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni(s)

Для построения гальванического элемента выбираем также подходящий анод. Часто для примера используют цинк, который легко окисляется. На аноде реакция окисления цинка выглядит так:

Металлический цинк → цинковые ионы + 2e⁻
Zn(s) → Zn²⁺ + 2e⁻

Таким образом, полная схема гальванического элемента с никелем в роли катода можно записать следующим образом:

Zn(s) | Zn²⁺(раствор) || Ni²⁺(раствор) | Ni(s)

Здесь знак «|» означает границу между твердой фазой и раствором, а двойная черта «||» – солевой мост (разделитель двух полупроцессов).

При соединении элементов во внешней цепи электроны, порожденные окислением цинка, движутся от анода к катоду, где происходит их потребление при восстановлении никеля.

─────────────────────────────
2. Элемент с никелем в роли АНОДА

В этом варианте никель находится на аноде, где протекает процесс окисления. Электронное уравнение для окисления никеля будет следующим:

Металлический никель → никелевые ионы + 2e⁻
Ni(s) → Ni²⁺ + 2e⁻

На катоде должен быть элемент, в котором происходит восстановление. В качестве примера можно взять медь. Для катода реакция восстановления медных ионов имеет вид:

Медные ионы + 2e⁻ → металлическая медь
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu(s)

Схема гальванического элемента с никелем в роли анода выглядит так:

Ni(s) | Ni²⁺(раствор) || Cu²⁺(раствор) | Cu(s)

Здесь принципы записи схем аналогичны предыдущему примеру, а электроны, образующиеся при окислении никеля на аноде, по внешней цепи приходят к катоду, где происходит восстановление медных ионов.

─────────────────────────────
Вывод:

1) В элементе с никелем в роли катода:
Анод (цинковый): Zn(s) → Zn²⁺ + 2e⁻
Катод (никелевый): Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni(s)
Схема: Zn(s) | Zn²⁺ || Ni²⁺ | Ni(s)

2) В элементе с никелем в роли анода:
Анод (никелевый): Ni(s) → Ni²⁺ + 2e⁻
Катод (медный): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu(s)
Схема: Ni(s) | Ni²⁺ || Cu²⁺ | Cu(s)

В обоих случаях соблюдаются основные правила гальванических элементов: окисление происходит на аноде, восстановление – на катоде, а внешняя цепь обеспечивает протекание тока от анодного к катодному электронному процессу.

Таким образом, мы получили два примера гальванических элементов с никелем в разных ролях и записали для каждого электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде.