ТЕМА 11. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (Г.Э.)

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА (Х.И.Т.)

Г.Э. – устройство, состоящее из двух полуэлементов, в котором химическая энергия превращается в электрическую.

Полуэлемент – система, состоящая из металлической пластинки, опущенной в раствор собственной соли.

Цинковый и медный полуэлементы.

До замыкания цепи.

+ + + + + + + +   Zn2+ + SO42-

Zn

+ + + + + + + +   Zn2+ + SO42-

Cu

 

Zn/ZnSO₄ Cu/CuSO₄

Zn⁰ - 2ē ↔ Zn²⁺ (1) Cu⁰ - 2ē ↔ Cu²⁺ (2)

В обоих полуэлементах образуются электродные потенциалы, однако на цинке будет больший избыток электронов, т.к. он более активный металл, поэтому равновесие (1) в большей степени смещено вправо, чем равновесие (2).

Для замыкания цепи необходимы:

Проводник первого рода – металлическая проволока (для движения электронов по внешней цепи)

Проводник второго рода – стеклянная трубка, заполненная агар-агаром и KCl (электролитический мостик, по которому движутся анионы).

 

После замыкания цепи.

 

ē

Zn2+

+

Zn (A) Cu (K)

			+

SO₄^2-

 

ē

_

(A) Zn/ ZnSO₄// CuSO₄/ Cu (K)

Равновесие (1) и (2) нарушатся:

(1) (А) Zn⁰ - 2ē → Zn²⁺ (K) Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰

 

 

Выводы:

1. Анод – электрод, на котором Катод – электрод, на котором

происходит процесс окисления: происходит процесс восстановления:

Активный металл (φ < ); Неактивный металл (φ > );

Заряд, т.к. ионы Меⁿ⁺ из металли – Заряд, т.к. ионы Меⁿ⁺ переходят на

ческой решётки переходят в раствор; электрод из неактивного металла

Процесс – Ме⁰ – nē → Meⁿ⁺ - Процесс - Меⁿ⁺ + nē → Ме⁰ –

избыток (ē ) на (А). за счёт ē, которые перешли с анода.

●

● ●

●

 

2. Расчёт ЭДС (Г.Э.)

ЭДС (электродвижущая сила) – разность потенциалов.

ЭДС = φ _(К) – φ _(А)

ЭДС = φ ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ – φ ⁰_Zn²⁺_/Zn⁰ (н.у.) = 0, 34 – (- 0, 76) = 1, 1 В.

Для произвольных условий по уравнению Нернста.

ЭДС = (φ ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ + ^{2, 31·R·T}lg[Cu²⁺]) – (φ ⁰_Zn²⁺_/Zn⁰ + ^{2, 31·R·T}lg[Zn²⁺])

n·F n·F

ЭДС = (φ ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ + 0, 059/2·lg[Cu²⁺]) – (φ ⁰_Zn²⁺_/Zn⁰ + 0, 059/2·lg[Zn²⁺])

3. Г.Э. работает до тех пор, пока не выровняются потенциалы электродов (пока идут обе реакции).

 

РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ: «ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ».

 

Задача № 1

Рассмотрите работу гальванического элемента: Cu/CuCl₂//CdCl₂/Cd. Концентрация ионов: [Cu²⁺] = 0, 1 M; [Cd²⁺] = 0, 001 M

 

1. φ ^р_Сu²⁺_/Cu⁰ = φ ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ + 0, 059/2·lg[Cu²⁺] = 0, 34 + 0, 059/2·lg10^-1 = 0, 3103 В.

 

φ ^р_Сd²⁺_/Cd⁰ = φ ⁰_Сd²⁺_/Cd⁰ + 0, 059/2·lg[Cd²⁺] = - 0, 4 + 0, 059/2·lg10^-3 = - 0, 4885 B.

 

2. φ ^р_Сu²⁺_/Cu⁰ > φ ^р_Сd²⁺_/Cd⁰ => Cd – (A), Cu – (K).

 

ē

3. _

(A)Cd/ CdCl₂// CuCl₂/ Cu (K)

4. ē

+

Cd2+

5. (A) Cd Cu (K)

Cl^-

 

 

6.

(А) Cd⁰ - 2ē → Cd²⁺

(K) Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰

 

7. ЭДС = φ _(К) – φ _(А) = 0, 3103 – (-0, 4885) = 0, 7988 В

 

 

ТЕМА 12. ЭЛЕКТРОЛИЗ

Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах, опущенных в раствор или расплав электролита и подключённых к внешнему источнику постоянного тока.

ЭЛЕКТРОЛИЗ

нерастворимый

расплавов растворов

растворимый

 

 

Электролиз расплавов солей

 

KatAn → Kat⁺ + An^‾

Kat⁺ Катод: (вос-е) Анод: (ок-е) An^‾

 

избыток (ē ) от источника тока, к недостаток (ē ), к нему подходят Аn^¯ ,

нему подходят Kat⁺, которые при- которые отдают лишние

соединяют недостающие электро- электроны (окисляются) =>

ны (восстанавливаются) =>

катоданод

Katⁿ⁺ + nē → Kat⁰ An^n‾ - nē → An⁰

Электролиз растворов солей

 

KatAn → Kat⁺ + An^‾

Катод: (вос-е) Анод: (ок-е)

 

Kat⁺; Н⁺(Н₂О) An^‾ ; ОН‾ (Н₂О)

 

Возможные процессы:

Katⁿ⁺ + nē → Kat⁰ An^n‾ - nē → An⁰

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾ 2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

В первую очередь восстанавливаются

те частицы, потенциалы которых боль-

ше

φ ^р > ! φ ^р <!

Газ (Н₂) плотно облепил катод и затру- Газ (O₂) плотно облепил анод и затру-

дняет разрядку последующих ионов, дняет разрядку последующих ионов,

поэтому потенциал смещается в более поэтому потенциал смещается в более

отрицательную сторону на величину положительную сторону на величину

перенапряжения этого газа, которое перенапряжения этого газа, которое

вычитается. прибавляется.

 

φ ^рн_2/2Н+ = – 0, 059 · рН - η ^Н2 φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059 · рН + η ^О2

^{Ме(К) Ме(А)}

Выводы:

1. В растворе электролита, кроме Kat⁺ и An^‾ , есть вода, поэтому имеет место конкуренция.

2. Последовательность разряда ионов на электродах зависит от величины электродных потенциалов процесса, которые рассчитываются по уравнению Нернста:

φ ^рМеⁿ⁺/_Ме⁰ = φ ⁰ – 0, 059/n lg[Meⁿ⁺]

φ ^рн_2/2Н+ = – 0, 059 · рН - η ^Н2

^Ме(К)

φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059 · рН + η ^О2

^Ме(А)

3. Особенности катодного процесса:

–ионы металлов, стоящих правее водорода в ряду напряжений (малоактивные металлы – Cu²⁺, Hg²⁺, Ag⁺, Au³⁺, Pt²⁺ и др.) восстанавливаются легче водорода.

–ионы металлов средней активности, стоящих в ряду напряжений от марганца до водорода (Mn²⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Fe²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺) восстанавливаются одновременно с водородом воды, что зависит от концентрации ионов металла.

–ионы активных металлов от алюминия и левее (Li⁺, Rb⁺, K⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺) не восстанавливаются, а идёт восстановление водорода из воды.

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾

 

4. Особенности анодного процесса:

а) если кислотный остаток не содержит кислорода, то он сам и окисляется (Cl^‾ , Br^‾ , I^‾ , S^2-, CN‾ ).

б) если кислотный остаток содержит кислород (SO₃^2-, NO₃^‾ , PO₄^3-, CO₃^2- F^‾ ), то кислотный остаток не окисляется, а окисляется кислород из воды

2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

 

5. С количественной стороны электролиз подчиняется закону Фарадея:

m = ^Э·I·τ ; где

^F

m – масса выделившегося на электроде вещества (г);

Э – химический эквивалент вещества (Э_Ме = Ar/валентность);

I – сила тока (А);

τ – время (сек.);

F – число Фарадея (96500 Кл)

 

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Понятие и система криминалистического исследования оружия, взрывных устройств, взрывчатых веществ и следов их применения.
2. III. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ КУРСА ПО ТЕМАМ И ВИДАМ РАБОТ
3. V1: Понятие, объект, предмет и система криминологии
4. V7: Система линейных одновременных уравнений
5. Автоматизированная система телемеханического управления (АСТМУ)
6. Административная реформа и система органов исполнительно власти.
7. Административное право - публичное право. Административное право как отрасль права и система правового регулирования государственного управления.
8. Аксиологическое «Я» педагога как система ценностных ориентаций
9. Антиноцицептивная система (АС)
10. Антонио Менегетти. Система и личность
11. Аспект 1. Концепция или тема.
12. Б послевоенные годы оказала победа Советской страны в Отечественной войне. Военная тема