………………………………………………………………
50. Гальванический элемент Даниэля-Якоби. Анод, катод, токообразующая реакция, схема элемента.
Гальванический элемент Даниэля – Якоби состоит из медной пластины, погружённой в раствор CuSO4, и цинковой пластины, погружённой в раствор ZnSO4. Для предотвращения прямого взаимодействия окислителя и восстановителя электроды отделены друг от друга пористой перегородкой. На поверхности цинковой пластины возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие Zn ↔ Zn2+ + 2e¯. В результате протекания этого процесса возникает электродный потенциал цинка. На поверхности медной пластины также возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие Cu ↔ Cu2+ + 2e¯ поэтому возникает электродный потенциал меди. Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, чем потенциал медного электрода, поэтому при замыкании внешней цепи, т.е. при соединении цинка с медью металлическим проводником электроны будут переходить от цинка к меди. В результате перехода электронов от цинка к меди равновесие на цинковом электроде сместится вправо, поэтому в раствор перейдёт дополнительное количество ионов цинка. В то же время равновесие на медном электроде сместится влево и произойдёт разряд ионов меди. При работе гальванического элемента Даниэля – Якоби протекают след. процессы: 1. реакция окисления цинка Zn – 2e → Zn2+. Процессы окисления в химии получили название анодных процессов, а электроды, на которых идут процессы окисления, называют анодами; 2. реакция восстановления ионов меди Cu2+ + 2e → Cu. Процессы восстановления в электрохимии получили название катодных процессов, а электроды, на которых идут процессы восстановления, называют катодами; 3. движение электронов во внешней цепи; 4. движение ионов в растворе: анионов (SO42-) к аноду, катионов (Cu2+, Zn2+) к катоду. Движение ионов в растворе замыкает электрическую цепь гальванического элемента. Суммируя электродные реакции, получаем
Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+. Вследствие этой хим. реакции в гальваническом элементе возникает движение электронов во внешней цепи и ионов внутри элемента, т.е. электрический ток, поэтому суммарная хим. реакция, протекающая в гальваническом элементе, называется токообразующей.
51. ЭДС гальванического элемента.
E = φк – φа;
W = nFE;
W = -∆G;
E = - ∆G / nF = RT/nFlnKравновесия, где F – число Фарадея = 96500Кл
52. Водородный электрод, схема элемента. Уравнение Нернста. Расчет ЭДС.
Водородный электрод состоит из платинированной пластины, контактирующей с газообразным водородом, находящимся под давлением 100 кПа , и раствором, в котором активность ионов H+ равна единице. Водородный электрод относится к газовым электродам, т.е. электродам, в которых по крайней мере одни из реагентов является газообразным. Так как для протекания электродной реакции необходим подвод и отвод электродов, то газовые электроды содержат проводники 1-го рода, которые непосредственно в реакции не участвуют (их ионы не переходят в раствор) и в ходе реакции не меняются. В качестве проводника 1-го рода для стандартного водородного электрода служит платина. При контакте платины с молекулярным водородом происходит адсорбция водорода на платине. Адсорбированный водород, взаимодействуя с молекулами воды, переходит в раствор в виде ионов, оставляя в платине электроны. При этом платина заряжается отрицательно, а раствор – положительно. Возникает скачок потенциала между платиной и раствором. Наряду с переходом ионов в раствор идёт обратный процесс восстановления ионов H+ с образованием молекул водорода. Равновесие на водородном электроде можно представить в виде 2H+ + 2e ↔ H2. Абсолютное значение потенциала водородного электрода неизвестно, но условно считают за нуль потенциал стандартного водородного электрода, т.е. потенциал при 100 кПа и aH = 1 моль/л.
53. Электролиз.
Электролизом называют процессы, происходящие на электродах под действием электрического тока, подаваемого от внешнего источника. При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую. Ячейка для электролиза, называемая электролизёром, состоит из 2-х электродов и электролита. Электрод, на котором идёт реакция восстановления (катод), у электролизёра подключён к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Электрод, на котором протекает реакция окисления (анод), подключён к положительному полюсу источника тока. Электролиз связан с наложением определённого электрического поля, под действием которого в электролите могут возникать некоторые характерные процессы. Электрокинетические процессы происходят в тех случаях, когда одна фаза диспергированна в другой; к их числу относится электрофорез – движение взвешенных твёрдых частиц внутри жидкости. При наложении электрического поля наблюдается явление электроосмоса – движение жидкости относительно твердого тела.
54. Законы Фарадея. Выходы по току.
В 1883 г. английский учёный М. Фарадей открыл законы, определяющие зависимость между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, испытавшего химические превращения на электроде. С учётом современной терминологии законы Фарадея можно записать в следующем виде: 1) количество вещества, испытавшего электрохимические превращения на электроде, прямо пропорционально количеству прошедшего электричества; 2) массы прореагировавших на электродах веществ при постоянном количестве электричества относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов. При превращении одного моля эквивалентов вещества на электроде через него проходит 96500 Кл (А·с). Эта величина называется постоянная Фарадея F. Для того чтобы учитывать эффективность использования пропущенного через электролизёр количества электричества на образования того или иного продукта вводится понятие выхода по току. Выход по току – отношение количества теоретически необходимого для получения того или иного количества электричества (по закону Фарадея) к практически затраченному количеству электричества. С целью уменьшения затрат электроэнергии на побочные электрохимические реакции и повышения по току стремятся проводить электролиз в таких условиях, при которых затруднено разложение растворителя, т.е. велика поляризация при окислении или восстановлении растворителя (например перенапряжение кислорода или водорода). Это достигается повышением плотности тока, изменением температуры электролита, подбором материала электролита и т. д.
55. Реальные электрохимические процессы. Поляризация. Перенапряжение.
Электрохимические процессы - это процессы взаимного перехода химической энергии в электрическую.
Поляризация – это изменение потенциала электрода при прохождении тока.
Перенапряжение – это повышение потенциала в разрядке ионов.