Направление протекания электрохимической реакции

Зная значение окислительно-восстановительного потенциала, можно определить направление протекания любой ОВР.

Правило: ОВР может протекать самопроизвольно только в том случае, если потенциал окислителя больше потенциала восстановителя.

Пример 36: Определить направление протекания реакции:

2 KMnO₄ + 16 HF «2 MnF₂ + 5 F₂ + 2 KF + 8 H₂O

Дано:

схема реакции

2 KMnO₄ + 16 HF «2 MnF₂ + 5 F₂ + 2 KF + 8 H₂O

Определить: направление протекания заданной реакции.

Решение:

В данной реакции меняют степени окисления следующие элементы:

Mn⁺⁷ + 5e ® Mn⁺² процесс восстановления, окислитель Mn⁺⁷

2F^– - 2e ® F₂⁰ процесс окисления, восстановитель F^-

 

По справочным данным:

 

= + 1,51 В и = + 2,85 В

< ,

т.к. у фтора потенциал больше, то самопроизвольно реакция может протекать только в обратном направлении т. е.:

2 KMnO₄ + 16 HF 2 MnF₂ + 5 F₂ + 2 KF + 8 H₂O

Ответ: Заданная реакция может протекать только в обратном направлении.

Гальваническими элементами называют устройства для прямого преобразования химической энергии заключенных в них реагентов в электрическую энергию.

В гальваническом элементе, составленном из двух металлов, погруженных в растворы собственных солей, анодом служит тот металл, у которого меньше алгебраическая величина электродного потенциала. Реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав гальванического элемента и расходуются в процессе его работы. После расхода реагентов элемент не может больше работать. Таким образом, это источник одноразового действия.

Например, в гальваническом элементе цинковый электрод, погруженный в раствор ZnSO₄, служит анодом по отношению к Fe, Ni, Pb, Cu и другим металлам, расположенным в ряду активности (Приложение 6, табл.1) после цинка и погруженным в растворы собственных солей (схема 4).

Гальванический элемент Даниэля-Якоби состоит из медной пластины, погруженной в раствор СuSO₄, и цинковой пластины, погруженной в раствор ZnSO₄. Для предотвращения прямого взаимодействия окислителя и восстановителя электроды отделены друг от друга пористой перегородкой.

Гальванические элементы, образованные из соответствующих им полуэлементов, условно изображаются следующей схемой:

(–) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu (+),

где одиночная вертикальная линия символизирует границу раздела металл- раствор, а двойная - границу между растворами электролитов, т.е. разделяет полуэлементы. Поскольку анод гальванического элемента имеет отрицательный заряд по отношению к катоду, он отдает электроны катоду и окисляется, а на катоде идёт процесс восстановления.

Схема 4. Гальванический элемент Даниэля-Якоби

 

Важнейшей характеристикой гальванического элемента является ЭДС (электродвижущая сила).

ЭДС = Е_катода – Е_анода

Пример 37. Составить схему медно-цинкового гальванического элемента, определить процессы, протекающие на аноде и катоде, рассчитать ЭДС медно-цинкового гальванического элемента.

Дано: медно-цинковый гальванический элемент

Найти: ЭДС медно-цинкового гальванического элемента

Решение:

Определим процессы, протекающие на аноде и катоде, исходя из величины Е⁰ (используя Приложение 6, табл.1)

= +0.34 В; = - 0,76 В

Запишем процессы, протекающие на медно-цинковом гальваническом элементе:

(−) Анод: Zn⁰ – 2ē = Zn²⁺

(+) Катод: Сu²⁺ +2ē = Cu⁰

Условно изобразим следующей схемой медно-цинковый гальванический элемент:

(-) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu (+)

Рассчитаем ЭДС медно-цинкового гальванического элемента, используя формулу ЭДС = Е_катода – Е_анода

ЭДС = - = 0,34 – (-0,76) = 1,1 (В)

Ответ: ЭДС медно-цинкового гальванического элемента составляет 1,1 В.