Лекция. Электродные процессы. План лекции: Понятие о гальваническом элементе. Водородный электрод сравнения. Работы Н. Н. Бекетова
жүктеу/скачать 32,85 Kb.
|
1 2
|
15-лекция. Электродные процессы. План лекции: 1. Понятие о гальваническом элементе. 2. Водородный электрод сравнения. 3. Работы Н.Н. Бекетова, электрохимический ряд напряжений металлов. Гальванический элемент (гальванопара) – электрохимическая система, в которой происходит преобразование энергии химических связей в электрическую энергию. На границах раздела «электрод-электролит» протекают самопроизвольные окислительно-восстановительные реакции. Гальванический элемент состоит из пары электродов с различными значениями электродных потенциалов. Если электродные потенциалы возникают в результате различных потенциалопределяющих реакций, то говорят о химическом гальваническом элементе, если потенциалопределяющие реакции одинаковые, то о концентрационном гальваническом элементе. Химический гальванический элемент. Простейшим гальваническим элементом является электрохимическая система, составленная из двух электродов первого рода, электролиты которых соединены ионным проводником. При разомкнутой внешней цепи на каждом электроде устанавливается равновесный электродный потенциал. Электрод с бо́льшим потенциалом будет катодом, другой – соответственно анодом (jк > jа). Электрохимическую систему и потенциалопределяющие реакции можно записать как (-)Meа|(Men+)а||(Men+)к|Meк(+) анод(-): Meа ↔ (Men+)а + nē катод(+): Meк ↔ (Men+)к + nē Если замкнуть внешнюю цепь, то за счет разности потенциалов электроны с анода будут перетекать на катод. Это приведет к сдвигу равновесия в потенциалопределяющих реакциях. На аноде увеличится скорость реакции окисления, а на катоде – восстановления. Реакции, протекающие на электродах при работе гальванического элемента (-)Meа|(Men+)а||(Men+)к|Meк(+), записывают как анод(-): Meа → (Men+)а + nē катод(+): (Men+)к + nē → Meк Протекание реакций приводит к нарушению баланса зарядов катионов и анионов электролита в катодном и анодном пространстве. Компенсация избыточных зарядов происходит в результате переноса ионов во внутренней цепи. Разность потенциалов между катодом и анодом при отсутствии тока в цепи называется электродвижущей силой (ЭДС) гальванического элемента. ЭДС - величина положительная, измеряется в вольтах (В): E = jк – jа > 0. Величины потенциалов катода и анода зависят от концентрации электролитов и температуры и рассчитывают по уравнению Нернста: E = (j0к ) – (j0а ; E = (j0к – j0а) + ( ). Используя табличные данные стандартных потенциалов электродов (см. таблицу), можно определить характер процессов, протекающих на электродах при работе гальванического элемента, и рассчитать его ЭДС. Пример. Гальванический элемент составлен из цинкового и медного электродов первого рода (гальванический элемент Даниэля-Якоби) Zn|Zn2+||Cu2+|Cu (рис. 8.8). Концентрация ионов цинка = 0,01 моль/л (сульфата цинка), а концентрация ионов меди = 0,1 моль/л (сульфата меди). Определить реакции, протекающие на электродах при работе гальванического элемента и ЭДС при стандартной температуре Т0=298 К. Рис. 8‑8 Схема гальванического элемента Даниэля-Якоби Решение. 1. Используя уравнение Нернста, можно рассчитать потенциалы электродов: . Для стандартной температуры это уравнение имеет вид . В условиях примера электродные потенциалы равны: Zn2++2ē ↔ Zn0 = -0.76 = -0.82 В Cu2++2ē ↔ Cu0 = +0.34 = +0.31 В 2. Поскольку потенциал катода больше, чем анода (E = jк – jа >0), то для данной пары электродов цинковый электрод ( -0,82 В) будет анодом, а медный ( +0,31 В) – катодом. Следовательно, при работе гальванического элемента на электродах будут протекать реакции: анод (-) окисление Zn0® Zn2++2ē катод (+) восстановление Cu2++2ē ® Cu0 Суммарная реакция Cu2++2ē + Zn0® Zn2++2ē + Cu0 3. ЭДС данного гальванического элемента равна разности потенциалов катода и анода: E = jк – jа= (+0,31) – (-0,82) = 1,13 В. жүктеу/скачать 32,85 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2