Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


јлгоритм составлени€ схемы гальванического элемента.

‘едеральное бюджетное образовательное учреждение

¬ысшего профессионального образовани€

—јЌ “-ѕ≈“≈–Ѕ”–√— »… √ќ—”ƒј–—“¬≈ЌЌџ…

ћќ–— ќ… “≈’Ќ»„≈— »… ”Ќ»¬≈–—»“≈“ї

√армашова ».¬., ƒаниловска€ Ћ.ѕ.

ћетодические указани€ дл€ самосто€тельной подготовки студентов к лабораторному зан€тию по теме

ЁЋ≈ “–ќ’»ћ»я:

√альванический элемент, электродные потенциалы

—анкт-ѕетербург


 раткие теоретические седени€

Ёлектрохими€ - это раздел физической химии, изучающий взаимопревращение химической энергии в электрическую.

¬ технике примен€етс€ два основных электрохимических процесса, имеющих общую природу:

І получение электрической энергии за счет химических реакций (химические источники тока);

І протекание химических реакций под действием электрического тока (электролиз).

¬заимное превращение электрической и химической форм энергии происходит в электрохимических системах, состо€щих из:

Ц проводников первого рода Ц веществ, обладающих электронной проводимостью и наход€щихс€ в контакте с электролитом - металлов;

Ц проводников второго рода Ц веществ, обладающих ионной проводимостью Ц электролитов.

ѕќЌя“»≈ ќЅ ЁЋ≈ “–ќƒЌќћ ѕќ“≈Ќ÷»јЋ≈

ѕри погружении металла в раствор происходит переход катионов с металла в раствор или из раствора на металл. Ќа границе раздела двух фаз (металл-раствор) происходит перенос электрического зар€да, т.е. протекает электрохимическа€ реакци€, котора€ приводит к возникновению скачка потенциала.

ћеталлическа€ пластинка, погруженна€ в раствор электролита, называетс€ электродом.

ѕереход ионов прекращаетс€ после установлени€ динамического равновеси€, заключающегос€ в том, что скорость растворени€ ионов равна скорости обратного процесса Ц выделени€ их на поверхность металла.

¬озьмем две металлические пластинки, например, цинковую и медную. ѕри погружении цинковой пластинки, более активного металла, в раствор соли цинка ZnSO4 происходит отрыв ионов цинка Zn2 + от кристаллической решетки металла под вли€нием пол€рных молекул растворител€ (рис.1). ¬ результате перехода катионов в раствор металл приобретает отрицательный зар€д за счет оставшихс€ на нем электронов, а прилежащий к нему слой раствора зар€жаетс€ положительно за счет катионов, удерживаемых отрицательным зар€дом металла. ѕри погружении медной пластинки, менее активного металла, происходит процесс осаждени€ катионов из раствора на металле. ѕластинка приобретает положительный зар€д (рис. 1).

 

–ис. 1. ћеханизм возникновени€ электродного потенциала

 

—хема записи цинкового электрода: Zn|Zn2+

–еакци€, протекающа€ в элементе: D

—хема записи медного электрода: Cu2+|Cu

–еакци€, протекающа€ в элементе: D

 

ѕереход зар€женных частиц через границу Ђраствор-металлї сопровождаетс€ возникновением на границе раздела фаз двойного электрического сло€ (ƒЁ—). ƒЁ— создаетс€ электрическими зар€дами, наход€щимис€ на металле, и ионами противоположного зар€да, ориентированными в растворе у поверхности электрода (рис.2).

 

–ис. 2 —труктура двойного электрического сло€

а Ц строение ƒЁ—;

б- распределение потенциала в ƒЁ—.

I Ц плотна€ часть ƒЁ—, II Ц диффузна€ часть ƒЁ—

ћежду металлом и раствором возникает разность потенциалов, котора€ называетс€ электродным потенциалом или потенциалом электрода (φ). Ёти потенциалы ограничивают процесс дальнейшего перемещени€ ионов с металла на металл. ѕо мере удалени€ ионов от границы раздела величина потенциала в двойном электрическом слое убывает.

ѕотенциалы, возникающие на металлах, погруженных в растворы собственных солей, называютс€ равновесными электродными потенциалами р).

¬еличина равновесного электродного потенциала зависит от природы электрода, температуры и концентрации ионов металла в растворе и выражаетс€ уравнением Ќернста:

, где [1]

где j 0 Ц величина стандартного электродного потенциала, измеренного при “ =298   в растворе соли этого же металла с концентрацией ионов металла Men+, равной 1 моль/л (величины стандартных электродных потенциалов металлов указаны в р€ду напр€жений металлов; см. приложение є1);

R Ц универсальна€ газова€ посто€нна€ (8,314 ƒж/мольЈ )

T -температура в  ельвинах (K)

n Ц число электронов, участвующих в электродном процессе (или зар€д катиона);

F Ц посто€нна€ ‘араде€ (96,485  л/моль);

[Men+] Ц концентраци€ ионов Men+ в растворе (моль/л)

 

ѕри температуре 250C и множител€ 2,303 дл€ перехода от натуральных логарифмов и дес€тичным комбинаци€ физических констант в уравнении (1) будет иметь вид:

 

“аким образом, уравнение Ќернста примет вид:

[2]

 

Ќапример, в электродной системе протекает полуреакци€

D

 

—ледовательно, уравнение Ќернста дл€ цинкового электрода можно записать как:

Ќа металле, погруженном в электролит, не содержащий ионов этого металла (морска€ вода, раствор кислоты и т.п.), возникает неравновесный (коррозионный) потенциал (). ¬ этом случае равновеси€ не наступает, т.к. в переносе электрических зар€дов через границу раздела фаз участвуют разные ионы. Ќапример, при растворении цинка в кислоте на цинке устанавливаетс€ неравновесный потенциал, определ€емый реакци€ми:

"

"

"

«начени€ абсолютных величин электродных потенциалов принципиально измерить невозможно. —ледовательно, ограничиваютс€ нахождением относительных величин электродных потенциалов по отношению к другому электроду, прин€тому в качестве стандартного электрода сравнени€.

ќсновным стандартным электродом, потенциал которого условно прин€т за нуль, €вл€етс€ водородный электрод (рис. 3). — ним сравнивают потенциалы других электродов.

 

–ис. 3. —хема устройства водородного электрода

 

¬одородный электрод состоит из платиновой проволоки с приваренной к ней пластинки, покрытой платиновой чернью, погруженной в раствор кислоты с активностью ионов водорода, равной 1 моль/л. ¬ сосуд подают химически чистый водород под давлением 1 атм.

 

—хема записи водородного электрода:

2 H+|H2(Pt).

Ќа границе раздела фаз устанавливаетс€ равновесие:

"

 

”равнение Ќернста дл€ расчета величины водородного электродного потенциала (n=1) имеет вид:

, [3]

Ќа практике дл€ измерени€ электродных потенциалов металлов в качестве электрода сравнени€ не используют водородный электрод, т.к. он сложен в изготовлении и эксплуатации.

¬ качестве электрода сравнени€ используют хлорсеребр€ный электрод (см. приложение 2)

ѕо величине стандартных электродных потенциалов (φ0) металлические электроды располагаютс€ в определенной последовательности, называемой электрохимическим р€дом напр€жений (см. приложение1).ѕоложительные величины φ0 указывают на то, что на данном электроде будет протекать реакци€ восстановлени€, а отрицательные величины φ0 соответствуют тому, что на нем пойдет процесс окислени€. „ем меньше значение φ0 Ц потенциала, тем активнее металл.

ћеталлы с отрицательным значением потенциала вытесн€ют водород из растворов разбавленных кислот.  аждый металл способен вытесн€ть из растворов солей другие, менее активные металлы металлы, которые имеют большее алгебраическое значение потенциала. “ак, если погрузить в раствор CuSO4 пластину из цинка, то часть ее растворитс€, а из раствора на поверхности пластины выделитс€ красноватый слой меди:

 

D

 

Ёнерги€ этой окислительно-восстановительной реакции может быть превращена в электрическую энергию. ќднако дл€ этого необходимо пространственное разделение процессов окислени€ и восстановлени€.


√јЋ№¬јЌ»„≈— »… ЁЋ≈ћ≈Ќ“

√альванические элементы относ€тс€ к химическим источникам электрического тока и позвол€ют получать ток за счет самопроизвольного протекани€ химической реакции.

√альваническим элементом называетс€ обратима€ электрохимическа€ система, состо€ща€ из двух электродов, погруженных в раствор электролита, в которой энерги€ окислительно-восстановительного процесса превращаетс€ в электрическую.

√альванический элемент состоит из двух электродов, различающихс€ величиной φ-потенциалов. Ёлектрод с меньшим значением φ-потенциала €вл€етс€ анодом, а электрод с бỏльшим значением потенциала Ц катодом.

”стройство и принцип работы гальванического элемента можно рассмотреть на примере электрохимического элемента якоби-ƒаниэл€ (рис. 4).

 

–ис. 4. ”стройство элемента якоби-ƒаниэл€

 

“акой элемент имеет электроды из цинка и меди, погруженные в сернокислые растворы этих металлов. ≈мкости соединены между собой солевым мостиком, заполненным раствором хлорида кали€ (KCl).

ѕри замыкании цепи гальванического элемента между цинковым электродом и раствором электролита идет реакци€ окислени€, т.е. цинкова€ пластинка раствор€етс€:

"

»оны цинка из электрода переход€т в раствор, а на электроде остаютс€ электроны. —ледовательно, цинкова€ пластинка зар€жаетс€ отрицательно и становитс€ анодом.

ћежду медным электродом и окружающим его раствором CuSO4 идет реакци€ восстановлени€:

"

»оны меди из раствора осаждаютс€ на медном электроде, который приобретает положительный зар€д и становитс€ катодом.

«јѕќћЌ»“≈! ќ к и с л е н и е Ц отдача электронов Ц происходит н а а н о д е, в о с с т а н о в л е н и е Ц приобретение электронов Ц н а к а т о д е. ¬ гальваническом элементе анод имеет знак Ђ-ї, а катод имеет знак Ђ+ї.

 

ƒл€ гальванического элемента прин€та следующа€ форма записи:

 
 


ј(-) Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+) ,

где вертикальна€ лини€ | обозначает границу раздела фаз, а двойна€ вертикальна€ лини€ || - солевой мостик. √альванический элемент прин€то записывать так, чтобы анод находилс€ слева.

»сточником электрической энергии в элементе служит окислительно-восстановительна€ реакци€, называема€ суммарной или разр€дной:

 

Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+

или

¬ажнейшей характеристикой гальванического элемента €вл€етс€ электродвижуща€ сила (Ёƒ—), котора€ определ€етс€ как предельна€ разность потенциалов, возникающа€ на границе раздела фаз в разомкнутой цепи элемента.

Ё ƒ — Ц количественна€ характеристика эффективности работы гальванического элемента Ц она показывает, насколько полно осуществл€етс€ процесс перехода химической энергии в электрическую.

¬еличина всегда положительна (≈>0).

ƒл€ медно-цинкового гальванического элемента Ёƒ— равна:

, т.е.

–абота гальванического элемента св€зана с уменьшением энергии √иббса G и может быть представлена как произведение переносимого электричества на величину Ёƒ—:

ј = - G = nFE, где

- зар€д катиона; - число ‘араде€, - стандартна€ Ёƒ— элемента.

 

 ќЌ÷≈Ќ“–ј÷»ќЌЌџ… ЁЋ≈ћ≈Ќ“

¬ этом элементе электроды изготовлены из одинакового металла и погружены в растворы собственных солей с различной концентрацией. “аким образом, они приобретают одноименный зар€д (–ис.5). Ќапример, элемент, содержащий две серебр€ные пластинки, погружены в растворы нитрата серебра неодинаковой концентрации. ѕри этом пластинка, погруженна€ в раствор с меньшей концентрацией, €вл€етс€ отрицательным электродом, а друга€ пластинка - положительным.

 

 

–ис. 5. —хема концентрационного элемента

 

—ледовательно, при замыкании внешней цепи поток электронов устремитс€ слева направо; в результате на правом электроде выдел€етс€ серебро, а левый электрод постепенно раствор€етс€.

Ќа отрицательном электроде (аноде) данного элемента протекает окисление серебра

"

ј на положительном (катоде) Ц восстановление ионов раствора

"

ѕри этом в правой части элемента начнут накапливатьс€ анионы , а в левой Ц катионы , которые диффундируют навстречу друг другу через солевой мостик с . »сточником энергии в концентрационном элементе €вл€етс€ работа по выравниванию концентраций солей в обоих отделени€х элемента. Ёƒ— элемента вычисл€етс€ по формуле:

где Ц абсолютна€ температура; n Ц валентность иона; 1 и —2 Ц концентрации (активности) ионов серебра в более и менее концентрированных растворах соответственно.

јлгоритм составлени€ схемы гальванического элемента.

1. «аписать схемы электродов.

2. –ассчитать величины электродных потенциалов металлов (φ1 и φ2), использу€ уравнение Ќернста

3. ќпределить, зна€, что φк > φа, металл электрода-анода и металл электрода-катода.

4. —оставить схему гальванического элемента, использу€ прин€тую форму записи.

5. «аписать уравнени€ катодной, анодной и суммарной реакций, идущих в элементе.

6. –ассчитать Ёƒ— гальванического элемента.

√альванические элементы Ц это химические источники тока однократного действи€. ѕримен€ютс€ в виде сухих, наливных и топливных батарей.

’»ћ»„≈— »≈ »—“ќ„Ќ» » “ќ ј

’имические источники тока дел€тс€ на первичные и вторичные источники тока. ѕервичные источники не перезар€жаютс€, т.е. израсходованные активные материалы в них не могут быть регенерированы или заменены, и батарею электропитани€ приходитс€ выбрасывать. ¬торична€ (аккумул€торна€) батаре€ может быть перезар€жена. »зрасходованные активные материалы в ней могут быть регенерированы, и така€ батаре€ электропитани€ допускает многократное повторное использование.

 

ѕервичные источники тока

—ухой элемент Ћекланше. Ѕольшинство первичных источников тока, выпускаемых в насто€щее врем€ промышленностью, относ€тс€ к сухим батаре€м электропитани€. ќколо 25% сухих батарей выполнены на основе марганцово-цинкового элемента Ћекланше Ц одного из первых сухих элементов.

¬ сухом элементе Ћекланше (рис. 6) имеетс€ графитовый положительный электрод, окруженный электролитом в виде смеси диоксида марганца (MnO2), графитового порошка, хлорида аммони€ (NH4Cl), хлорида цинка (ZnCl2) и воды. Ёта смесь служит также депол€ризующим агентом, предотвращающим образование газообразного водорода внутри элемента. ≈сли не предотвратить образование водорода, то под давлением газа батарейка раздуваетс€, в результате чего нарушаетс€ ее герметичность и из нее вытекает электролит. Ёлектролит и графитовый электрод наход€тс€ в тонкостенном цинковом стаканчике, который, выполн€€ функции защитного корпуса, служит также отрицательным электродом батарейки.

–ис. 6. √–ј‘»“ќ¬ќ-÷»Ќ ќ¬џ… —”’ќ… ЁЋ≈ћ≈Ќ“

1 Цбесшовный цинковый стаканчик (отрицательный электрод); 2 Ц графитовый стержень (положительный электрод); 3 Ц депол€ризующа€ смесь; 4 Ц пастообразный электролит.

¬ элементе Ћекланше электричество вырабатываетс€ за счет химического взаимодействи€ электролита с цинковым электродом, €вл€ющимс€ анодом. ѕри подключении к зажимам батарейки внешней нагрузки, например лампочки карманного фонарика, через лампочку начинает проходить ток от цинкового электрода к графитовому. “ок не прекращаетс€, пока не растворитс€ почти весь цинк. ѕосле этого батарейка тер€ет работоспособность, и ее необходимо заменить.

ўелочной марганцово-цинковый сухой элемент. ўелочной марганцово-цинковый сухой элемент отличаетс€ от сухого элемента Ћекланше главным образом тем, что в нем в качестве электролита используетс€ высокоактивна€ щелочь  ќЌ.

 

—хема записи элемента:

 

A(-) Zn|Zn2+, NH4Cl||MnO(OH)|MnO2, C (+) K

–еакции, идущие на катоде и аноде в марганцово-цинковом гальваническом элементе:

A (-) Zn Ц 2e- Ѓ Zn2+

K (+) 4MnO2 = 4H+ + 4e- Ѓ 4MnO(OH)

 

—уммарна€ реакци€:

или

 

¬ щелочном элементе примерно вдвое больше активных веществ, чем в элементе Ћекланше, и он очень подходит дл€ многих устройств со сравнительно большой потребл€емой мощностью, таких, как лампы-вспышки фотоаппаратов, вращательные электроприводы и мощные стереофонические звуковые системы. ўелочные элементы примен€ютс€ примерно в 50% бытовой электронной аппаратуры.

ўелочной марганцово-цинковый элемент дает напр€жение 1,5 ¬.

“опливные элементы.

“опливные элементы могут работать в непрерывном режиме без простоев дл€ перезар€дки, так как их активный материал (водород, —ќ2, уголь, жидкие и газообразные углеводороды) подводитс€ из внешнего источника. »х электролит в процессе работы не измен€етс€. ¬ топливных элементах энерги€ химических реакций, выдел€юща€с€ в процессе окислени€ топлива, непосредственно преобразуетс€ в электричество. »х теоретический  ѕƒ близок к 100%. т.к. окислительно-восстановительна€ реакци€ горени€ топлива используетс€ непосредственно дл€ пр€мого получени€ электрического тока в топливном элементе.

“опливные элементы в будущем могут использоватьс€ как автономные источники тока дл€ автомобилей и катеров, электрогенераторы дл€ индивидуальных домашних хоз€йств, переносные силовые блоки дл€ инструментов и другого оборудовани€.

Ёлектрическую энергию получают непрерывно до тех пор, пока в анодное пространство элемента не прекратитс€ подача топлива, а в катодное Ц кислорода (или воздуха). —хема записи низкотемпературного Ќ22 топливного элемента:

ј(-) Ni(H2)|H2SO4|(O2)C,Ag (+)K

—уммарна€ реакци€: 2Ќ2ќ +ќ2 = 2Ќ2ќ(∆)

 

¬торичные источники тока

¬торичные Ё’√ Ц это аккумул€торы, в которых проход€т обратимые процессы. јккумул€торы перезар€жаютс€ пропусканием посто€нного тока в направлении, противоположном направлению тока в режиме разр€дки. ѕри этом активные соединени€ в элементе восстанавливаютс€ в результате обратной химической реакции.

—винцовый аккумул€тор. —винцовый аккумул€тор Ц самый распространенный в насто€щее врем€. ќн был изобретен ∆.ѕланте в 1860 г. јккумул€тор состоит из положительного электрода (катода) Ц свинцовой пластинки с €чейками, заполненными пастообразным оксидом свинца PbO2. и отрицательного электрода (анода) Ц решетчатой пластинки, заполненной пастой из губчатого свинца.  аждый аккумул€тор состоит из нескольких пар таких пластин, погруженных в электролит Ц разбавленный раствор серной кислоты Ц и соединенных последовательно. Ќапр€жение зар€женного элемента аккумул€тора составл€ет 2 ¬. —осто€ние свинцового аккумул€тора оцениваетс€ путем измерени€ относительной плотности электролита. Ќепосредственно после зар€дки она составл€ет примерно 1,26, а по мере разр€дки понижаетс€ почти до 1,0 (это объ€сн€етс€ тем, что серна€ кислота образует химическое соединение с материалом пластин, дава€ в остатке воду).

¬ процессе разр€да аккумул€тора, т.е. при его работе, на электродах протекают реакции:

ƒл€ зар€да аккумул€тора используют внешний источник тока, подключа€ его к электродам. ¬ результате на электродах протекают процессы в обратном направлении:

ѕреимуществами свинцового аккумул€тора €вл€ютс€: больша€ электрическа€ емкость, устойчивость к работе, большое количество циклов разр€да Ц зар€да.   недостаткам относ€тс€: больша€ масса, мала€ удельна€ емкость, выделение водорода при зар€де, негерметичность при наличии концентрированного раствора серной кислоты.

Ёкспериментальна€ часть

ƒл€ измерени€ электродного потенциала металла необходимо составить гальванический элемент (рис. 7) из исследуемого электрода (»Ё) и электрода сравнени€ (Ё—). ƒл€ этого опустить »Ё в раствор соли этого же металла или в морскую воду, а Ё— Ц в раствор хлорида кали€ (KCl) «атем с помощью электролитических мостиков соединить эти электроды через промежуточный сосуд с раствором хлорида кали€. Ёто обеспечивает контакт электролитов, но преп€тствует их смешиванию.

–ис. 7 —хема установки дл€ измерени€ Ёƒ— гальванического элемента:

1 Цисследуемый электрод (»Ё); 2 Ц хлорсеребр€ный электрод (Ё—);

3 Ц сосуд с электролитом (раствором соли, морской водой и т.д.);

4 Ц промежуточный сосуд с насыщенным раствором KCl; 5 Ц солевые мостики; 6 Ц прибор дл€ измерени€ Ёƒ—.

Ёлектроды »Ё и Ё— подключают к измерительному прибору таким образом, чтобы стрелка прибора отклон€лась вправо. ѕосле измерени€ Ёƒ— () гальванического элемента можно рассчитать электродный потенциал металла по формуле

¬ качестве электрода сравнени€ в данной работе используют хлорсеребр€ный электрод (см. приложение 2). ѕотенциал этого электрода, измеренный по отношению к стандартному водородному электроду, составл€ет .

“ак как φиэ по отношению к φэс может быть как катодом, так и анодом, то φиэ рассчитываетс€, соответственно:

ј) φ»Ё= ≈+ φэс = ≈ + 0,22

Ѕ) φ»Ё = φэс - ≈ = 0,22 - ≈

ќпыт 1. ¬ли€ние природы металла и состава электролита на величину электродного потенциала

ƒл€ работы использовать следующие металлы: Fe, Zn, Al, Cu, Mg.

—обрать гальванические элементы, состо€щие из электрода сравнени€ и предложенных металлов в 1ћ растворах их солей. »змерить , рассчитать потенциалы исследуемых электродов и сравнить их с табличными данными (см. приложение 1). »змерить и рассчитать величины электродных потенциалов исследуемых металлов, погруженных в искусственную морскую воду. –езультаты измерений занести в таблицу.

 

»сследуемый металл Ёлектролит ≈,м¬ φће, м¬
φр φнр φо
Fe FeSO4     -  
ћорска€ вода   -    
Zn ZnSO4     -  
ћорска€ вода   -    
Al Al2(SO4)3     -  
ћорска€ вода   -    
Cu CuSO4     -  
ћорска€ вода   -    
Mg MgSO4     -  
ћорска€ вода   -    

 

 


ќпыт2. ¬ли€ние концентрации электролита на величину электродного потенциала.

—обрать гальванический элемент, состо€щий из хлорсеребр€ного электрода сравнени€ и медного электрода.

ќпределить характер изменени€ потенциала медного электрода в зависимости от концентрации раствора сульфата меди. ƒл€ работы использовать растворы CuSO4 следующих концентраций:

1ћ; 0,1ћ; 0,01ћ; 0,001ћ.

«аписать в таблицу результаты измерений , рассчитать величины потенциалов медных электродов и сравнить полученные данные с теоретическими значени€ми потенциалов (по формуле Ќернста) при тех же концентраци€х растворов.

 

»сследуемый электрод (»Ё)  онцентраци€ CuSO4 (моль/л)   ≈, м¬ φиэ, м¬
Ёкспериментальна€ величина “еоретическа€
  Cu 1M      
0,1M      
0,01M      
0,001M      

 

ѕо полученным данным построить график экспериментальной и теоретической зависимости потенциала φр от концентрации [Cu2+]. —делать вывод.

 

ќпыт 3. ќпределение концентрации раствора соли.

—оберите гальванический элемент в соответствии с предложенной схемой записи:

 

A (-) Ag | AgCl, KCl║ MeA | Me (+) K

CX

»змерьте с помощью высокоомного вольтметра величину Ёƒ— элемента. –ассчитайте величину равновесного потенциала исследуемого электрода . «атем, использу€ формулу Ќернста, оцените концентрацию раствора соли металла CX=[MeA].

 

 

¬опросы дл€ самоконтрол€ по темам:

ЂЁлектродные потенциалы. √альванический элементї

1. ƒайте определение пон€ти€ Ђэлектродї.

2. ƒайте определение пон€ти€ Ђгальванический элементї.

3. ѕриведите схемы записи и полуреакции, протекающие в элементе дл€ электродов:

Ц медного

Ц цинкового

Ц водородного

Ц хлорсеребр€ного.

4. ѕриведите примеры электродов сравнени€.

5. ƒайте определение пон€ти€м:

- равновесный электродный потенциал;

- коррозионный электродный потенциал;

- стандартный электродный потенциал.

6. ѕриведите уравнение Ќернста дл€ расчета величины электродного потенциала дл€ произвольного электрода и обозначьте вход€щие величины.

7. ”кажите факторы, вли€ющие на величину электродного потенциала.

8. ѕриведите уравнение Ќернста дл€ расчета величины электродного потенциала дл€ водородного электрода при известном значении pH.

9.  акой процесс протекает на катоде? на аноде?

10. »зобразите схематично гальванический элемент якоби-ƒаниэл€.

11. «апишите анодную, катодную и суммарную реакции, протекающие при работе гальванического элемента якоби-ƒаниэл€.

12. ѕриведите уравнение дл€ расчета Ёƒ— гальванического элемента.

13.  аковы принципы составлени€ гальванического элемента?

14. ѕриведите схему записи медно-цинкового гальванического элемента.

15. ѕриведите уравнени€ реакций, идущих на положительно и отрицательно зар€женных электродах.

16. ѕриведите суммарную реакцию, идущую при работе медно-цинкового гальванического элемента.

17. ƒайте определение пон€ти€ Ђконцентрационный гальванический элемент.

18. —еребр€ные электроды погружены в растворы солей с концентраци€ми 0,1 ћ и 0.001 ћ. Ќазовите электрод-анод.

19. ѕриведите схему записи концентрационного гальванического элемента.

20. ѕриведите примеры первичных источников тока.

21. ѕриведите примеры вторичных источников тока.

22. ”стройство элемента Ћекланше.

23.  акие преимущества имеют топливные элементы по сравнению с другими источниками энергии?

24. Ќазовите вещества, используемые в топливных элементах в качестве реагентов.

 

ѕ–»ћ≈–џ –≈Ў≈Ќ»я «јƒј„

ѕример 1. —оставить схему гальванического элемента, анодом которого €вл€етс€ магний, погруженный в раствор соли с концентрацией 0,01ћ.

–ешение. 1. «аписываем схему электрода: Mg|Mg2+

2. ѕо уравнению Ќернста рассчитываем величину электродного потенциала:

3. “ак как в условии задачи не указан материал, из которого изготовлен катод, то использу€ соотношение φк > φа, выбираем металл с более положительным потенциалом. Ќапример, цинковый электрод. «начение потенциала выбранного электрода определ€ем по таблице Ђ—тандартные электродные потенциалы металлов при 250—ї.

—ледовательно, .

4. «аписываем схему гальванического элемента:

ј(-) Mg|Mg2+||Zn2+|Zn (+)K

5. «аписываем электродные реакции:

ј(-) Mg - 2e- Ѓ Mg2+

K(+) Zn2+ + 2e- Ѓ Zn0

—уммарна€ реакци€: Mg0 + Zn2+ Ѓ Mg2+ + Zn0

6. –ассчитываем Ёƒ— гальванического элемента:

ѕример 2. —оставьте схему гальванического элемента, состо€щего из водородного электрода, погруженного в раствор с рЌ =3 и железного электрода, погруженного в раствор соли с концентрацией 0.1ћ. –ассчитайте Ёƒ— элемента.

–ешение. 1. «аписываем схемы электродов:

¬одородный Ц +| Ќ2 (Pt);

∆елезный Ц Fe|Fe2+

2. ѕо уравнению Ќернста рассчитываем величину электродного потенциала железного электрода:

 

3. »спользу€ уравнение Ќернста [3] рассчитываем величину электродного потенциала водородного электрода.

»звестно, что

.

“аким образом, электродный потенциал водородного электрода можно записать следующим образом:

4. »спользу€ соотношение φк > φа, определ€ем электрод-анод.

“ак как величина φ-потенциала железного электрода меньше следовательно этот электрод €вл€етс€ анодом: (-0,47 < -0,18)

5. «аписываем схему гальванического элемента:

ј(-) Fe|Fe2+||2H+|H2 (+) K

6. –ассчитываем Ёƒ— гальванического элемента.


«адани€ дл€ самоконтрол€

1. —оставьте схему гальванического элемента, состо€щего из никелевого электрода-катода, погруженного в раствор соли с концентрацией 0.02ћ. Ќапишите уравнени€ электродных реакций и вычислите Ёƒ— гальванического элемента.

2. —оставьте схему гальванического элемента, состо€щего из медного электрода, погруженного в раствор соли меди с концентрацией 0.01ћ и железного электрода, погруженного в раствор соли железа с концентрацией 0.1ћ. Ќапишите уравнени€ электродных реакций. ¬ычислите Ёƒ— гальванического элемента.

3. —оставьте схему гальванического элемента, состо€щего из стандартного водородного электрода и ртутного электрода. –ассчитайте его Ёƒ— при [Hg2+]=0,1 ћ. Ќапишите уравнени€ электродных реакций.

4. —оставьте схему и рассчитайте Ёƒ— концентрационного гальванического элемента, составленного из двух железных электродов, погруженных в раствор соли железа с концентраци€ми 1 ћ и 0,01 ћ. Ќапишите уравнени€ электродных реакций.

5. ¬ гальваническом элементе протекает химическа€ реакци€

Zn+NiSO4=ZnSO4+Ni.

Ќапишите его схему и уравнени€ электродных реакций. ¬ычислите Ёƒ— этого элемента при стандартных услови€х.  акой металл вместо никел€ можно вз€ть, чтобы увеличить Ёƒ—?

6. —оставьте схему гальванического элемента, в котором протекает следующа€ реакци€:

Mn + CdSO4 = MnSO4 + Cd

¬ычислите Ёƒ— при стандартных услови€х.

7. Ёƒ— элемента (Pt) H2|HCl||AgCl|Ag при 250— равна 0.322 ¬. „ему равен рЌ раствора Ќ—l? φAg = 0,22 ¬

8. —оставьте схему гальванического элемента, состо€щего из водородного электрода, погруженного в раствор с pH=5, и марганцевого электрода, погруженного в раствор соли марганца с концентрацией 0.2 ћ. Ќапишите уравнени€ электродных реакций и рассчитайте его Ёƒ—.

9. —оставьте схему гальванического элемента, состо€щего из водородного электрода, погруженного в раствор с pH=10, и серебр€ного электрода, погруженного в раствор соли серебра с концентрацией 0.01 ћ. Ќапишите уравнени€ электродных реакций и рассчитайте его Ёƒ—.

10. Ќапишите уравнени€ реакций, протекающих при работе медно-цинкового гальванического элемента. ”кажите, как повли€ют на электродвижущую силу этого элемента (повыс€т, пониз€т, остав€т без изменени€) следующие воздействи€:

а) увеличение [Cu2+] до 3 ћ;

б) добавление в катодное пространство NaOH дл€ осаждени€ Cu(OH)2;

в) удваивание размера цинкового электрода;

г) уменьшение [Zn2+] до 0.1 ћ;

д) повышение температуры.

11. —еребр€ную деталь с чернью из Ag2S поместили в оцинкованную емкость с мыльным раствором. „ерез некоторое врем€ деталь стала блест€щей, так как чернь полностью растворилась. ќбъ€сните, что послужило причиной растворени€ черни.

 


ѕриложение

“аблица є 1 Ёлектрохимический р€д напр€жений металлов (стандартные электродные потенциалы)

 

ћеталл Ёлектродный процесс E ∞, ¬
Li+ / Li Li+ + e- → Li −3,045
Rb+ / Rb Rb+ + e- → Rb −2,925
K+ / K K+ + e- → K −2,924
Cs+ / Cs Cs+ + e- → Cs −2,923
Ba2+ / Ba Ba2+ + 2e- → Ba −2,905
Ca2+ / Ca Ca2+ + 2e- → Ca −2,864
Na+ / Na Na+ + e- → Na −2,771
Mg2+ / Mg Mg2+ + 2e- → Mg −2,370
Be2+ / Be Be2+ + 2e- → Be −1,847
Al3+ / Al Al3+ + 3e- → Al −1,700
Ti2+ / Ti Ti2+ + 2e- → Ti −1,630
Mn2+ / Mn Mn2+ + 2e- →Mn −1,192
Cr2+ / Cr Cr2+ + 2e- →Cr −0,913
Zn2+ / Zn Zn2+ + 2e- → Zn −0,763
Cr3+/Cr Cr3+ + 3e- →Cr) -0,740
Fe2+ / Fe Fe2+ + 2e- → Fe −0,441
Cd2+ / Cd Cd2+ + 2e- → Cd −0,404
Co2+ / Co Co2+ + 2e- → Co −0,277
Ni2+ / Ni Ni2+ + 2e- → Ni −0,234
Sn2+ / Sn Sn2+ + 2e- → Sn −0,141
Pb2+ / Pb Pb2+ + 2e- → Pb −0,126
H+ / H2 2H+ + 2e- → H2 ± 0,000
Sn4+ / Sb Sn4+ + 4e → Sn +0,240
Bi3+ / Bi Bi3+ + 3e → Bi +0,317
Cu2+ / Cu Cu2+ + 2e- → Cu +0,338
Hg22+ / Hg Hg22+ + 2e- → 2Hg +0,796
Ag+ / Ag Ag+ + e- → Ag +0,799
Pd2+ / Pd Pd2+ + 2e → Pd +0,915
Pt2+ / Pt Pt2+ + 2e → Pt +0,963
Pt3+ / Pt Pt2+ + 3e → Pt +1,190
Au3+ / Au Au3+(aq) + 3e- → Au(s) +1,500

 

 

ѕриложение 2

 

’лорсеребр€ный электрод.

 

1- серебр€на€ проволока; 2 Ц слой AgCl;

3 Ц раствор KCl; 4 - микрощель.

 

—хема записи электрода: Ag|AgCl, KCl насыщ.

–еакци€, протекающа€ на электроде

или

”равнение Ќернста дл€ расчета величины электродного потенциала:

Ћитература

1. √линка Ќ.Ћ. ќбща€ хими€: ”чебник. Ћ.: ’ими€. 1985

2.  оровин Ќ.¬., ћасленникова √.Ќ. и др.  урс общей химии. ћ., ¬ысша€ школа. 1990.

3. ’ими€. —правочные материалы. ѕод ред. академика ё.ƒ.“реть€кова. ћ., Ђѕросвещениеї. 1994.

4. «имон ј.ƒ., Ћещенко Ќ.‘. ‘изическа€ хими€. ћ., ’ими€. 2000.

5. “русов ¬.»., —околова Ћ.Ѕ. ¬ведение в химию дл€ судостроителей. „асть 2. ”чебное пособие. —.-ѕетербург, 1997.

6. ƒаниловска€ Ћ.ѕ. Ёлектрохимические процессы в технике. ћетодические указани€. —.-ѕетербург, 1993.

7. √рицкевич ј.». –ешение типовых задач по курсу общей химии. ћетодические указани€. —.-ѕетербург, 2006.

 



<== предыдуща€ лекци€ | следующа€ лекци€ ==>
дл€ студентов »нститута Ёкономики 3 курса | 
ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2017-02-28; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 36120 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

—тудент всегда отча€нный романтик! ’оть может сдать на двойку романтизм. © Ёдуард ј. јсадов
==> читать все изречени€...

661 - | 484 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.236 с.