27. Электроды 1 рода (металлические и газовые). Схематическая запись, уравнения электродных реакций. Уравнение Нернста и расчет φp .

Электроды, обратимые относительно собственных ионов в растворе электролита, называются электродами 1-го рода. Схематически эл-ды записываются в молекулярной или ионной формах. Схем. зап. и электродные реакции газ. и Me-эл-дов:

• M e-электрод:

• H ₂-электрод:

• О₂:

Ч исленные значения равновесных электродных потенциалов (φ^р) рассчитываются по уравнению Нернста:

где C_ок, C_вос – конц. ок. и восст. форм

э л-дов в степени стехиометр. коэфф., стоящих в ур-ниях соотв. электродных реакций. В стд. усл. ур-ние имеет вид:

• M e-электрод:

• H ₂-электрод:

• O₂-электрод:

28. Частные случаи уравнения Нернста для расчета равновесных потенциалов газовых электродов (вывод, анализ: зависимость значений равновесных потенциалов от рН растворов).

Ч исленные значения равновесных электродных потенциалов (φ^р) рассчитываются по уравнению Нернста:

где C_ок, C_вос – конц. ок. и восст. форм

э л-дов в степени стехиометр. коэфф. (a,b), стоящих в ур-ниях соотв. электродных реакций. Переходя от натурального логарифма к десятичному (коэфф. перевода 2,3), и подставляя численные значения постоянных R и F, при Т=298 К получим:

• H ₂-электрод:

• O₂-электрод:

Принимая P_газов за нормальные и равные 1 атм (101 кПа), n=2,

- lg(C_H+)=pH, -lg(C_OH-)=pOH, pH+pOH=14, и подставив стандардные потенциалы H₂-электрода (0В) и O₂-электрода (0.4В), имеем:

• H ₂-электрод:

• O₂-электрод:

Таким образом, в стандартных условиях потенциалы газовых электродов зависят только от значения pH р-ра. Их потенциалы с увел. pH уменьшаются, растут их восст. способности.

29. Водородный и кислородный электроды, зависимость их значений от величины рН. Топливные водород-кислородные элементы.

см. бил. 28.

Топливные водород-кислородные элементы:

Топливные элементы — химические источники тока непрерывного действия, в которых окислитель и восстановитель не заложены заранее в рабочую зону, как в первичных элементах и аккумуляторах, а подаются непрерывно к электродам, которые во время работы топливного элемента не расходуются. Окислитель — чистый кислород, или кислород воздуха, иногда Cl₂ , HNO₃ и др. Восстановитель — водород, полученный химической конверсией различных водородсодержащих веществ: аммиака, метанола, гидридов металлов и др. Электролит — чаще всего 30%-й раствор KOH. Электроды — графитовые или пористые никелевые с добавками других металлов, катализирующих процессы. Схема кислород-водородного топливного элемента с графитовыми электродами и уравнения электродных реакций:

В результате этой реакции в цепи генерируется постоянный ток и химическая энергия непосредственно превращается в электрическую. ЭДС можно рассчитать по формуле:

Реальная ЭДС элемента меньше расчетной, что обусловлено в большей степени поляризацией электродов и снижением скорости электрохимических процессов. Снижение поляризации достигается применением катализаторов, увеличением поверхности электродов (пористые), повышением температуры и давления. В высокотемпературных элементах используются твердые электролиты или расплавы солей. Для увеличения напряжения и тока элементы соединяют в батареи.