Гальванический элемент записывают в виде электрохимической схемы. Электрохимическая схема элемента Якоби – Даниэля:

А (-) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu (+) K

Краткая схема

А (-) Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu (+) K

Максимальное напряжение, которое дает элемент (Э.Д.С.), рассчитывают как разность электродных потенциалов катода и анода:

E = е _катода - е _анода

Э. Д. С. элемента Якоби – Даниэля для стандартных условий:

Е⁰ = (+0,34) – (-0,76) = 1,10 В

В гальваническом элементе окислительно-восстановительный процесс протекает самопроизвольно, когда Э. Д. С. элемента - величина положительная.

Так как электродный потенциал зависит от концентрации ионов металлов в растворе, то можно составлять концентрационные гальванические элементы.

Например, серебряный

А (-) Ag | AgNO₃ (С₁) || (С₂) AgNO₃ | Ag (+) K С₁ < С₂

Электрохимическая схема: Аккумулятор (свинцовый )

А (-) Pb | H₂SO₄ | PbO₂ (+) K

Топливный элемент (водородно-кислородный)

А (-) Н₂ | КОН | О₂ (+) K

6.2. Электролиз

Электролизом называется окислительно–восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита.

Как уже указывалось, при электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую энергию.

Устройство, в котором осуществляется процесс электролиза (электролизер), состоит из двух электродов и электролита. Электрод, подключенный к отрицательному полюсу внешнего источника тока (избыток электронов), является окислителем. На этом электроде избыточные электроны от внешнего источника тока связывают катионы из раствора или расплава. Идет процесс восстановления. Электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника тока, является катодом. Электрод, подключенный к положительному полюсу источника тока (недостаток электронов), является восстановителем. На нем идет процесс окисления анионов из раствора или расплава. Этот электрод является анодом.

Рассмотрим электролиз расплава хлорида натрия. Расплав состоит из ионов Na⁺ и Cl^-. Если погрузить в расплав два электронопроводящих (графитовых) электрода, подключенных к источнику тока, то в электролите начнется направленное движение ионов к электродам и на электродах будут протекать следующие реакции

Na⁺ + e^- = Na

2Cl^- - 2е = Cl₂

Схема процесса электролиза расплава хлорида натрия

NaCl = Na⁺ + Cl^-

Катод (-) (+) Анод

Na⁺ Cl^-

Катод К 2 Na⁺ + e^- = Na

Анод А 1 2Cl^- - 2е = Cl₂

2Na⁺ + 2Cl^- = 2Na +Cl₂

2NaCl = 2Na + Cl₂

Таким образом, при электролизе расплава хлорида натрия может быть получен металлический натрий и газообразный хлор.

Электролиз водных растворов электролитов отличается от электролиза расплавов тем, что в системе, кроме ионов электролита, присутствуют продукты диссоциации воды (ионы H⁺ и OH^-)

H ₂O H⁺ + OH^-

Восстановление (H⁺) и окисление ( OH^-) из слабого электролита воды идет по уравнению

на катоде: 2Н₂О + 2е^- = H₂ + 2OH^-

на аноде: 2Н₂О - 4е = O₂ + 4H⁺