8. Электрохимические процессы

Пример 1. Составьте схему двух гальванических элементов: а) медь-катод; б)медь-анод. Напишите уравнение реакции, происходящих при работе этих элементов, определите значение стандартной ЭДС.

Медь является катодом. В этом случае схему можно изобра­зить так:

(Анод -) Zn° | Zn(N0₃)₂|| CH(NO₃)₂ | Cu° (Катод +)

Гальванический элемент состоит в данном случае из цинкового и медного электродов, опущенных в растворимые соли соответст­вующих металлов, при концентрации ионов этих металлов равных единице. Электроды соединяются металлическим проводником. Бо­лее активный металл (потенциал которого ниже) выполняет роль анода, на нем протекает анодный процесс.

На аноде: Zn° - 2е  Zn²⁺ (восстановитель цинк) происходит процесс разрушения (растворения) цинка.

На катоде: Сu²⁺ + 2е  Сu⁰ (окислитель ионы меди) происхо­дит процесс восстановления ионов меди Сu²⁺ из раствора. ЭДС = Е° окислитель - Е° восстановитель = 0,34- (- 0,765) = 1,11 В.

Медь является анодом

(Анод -) Сu° | Cu(NO₃) || AgMO₃ | Ag° (Катод +)

На аноде: Сu⁰- 2е  Сu²⁺ ( восстановитель) окисление меди.

На катоде: Ag⁺ + е  Ag° (окислитель) восстановление ионов серебра.

Пример 2. В каком направлении будут перемещаться элект­роны во внешней цепи гальванического элемента. Какой металл бу­дет растворяться в соответствующей схеме:

Mg° | Mg²⁺|| Сu²⁺ | Сu⁰

Электроны во внешней цепи гальванического элемента будут перемещаться от Mg⁰ (магния) к меди. При соединении магниевого и медного электродов металлическим проводником Mg° - 2е Mg²⁺, так как магний имеет более низкое значение электродного потен­циала, следовательно он и будет растворяться и переходить в рас­твор, содержащий ионы Mg²⁺, также в виде ионов Mg ²⁺.

Пример 3. От чего зависит значение электродного потенциала? Согласно уравнению Нернста:

Е = Е° + (RT / Fn) ∙ ln С

величина электродного потенциала зависит от температуры Т и концентрации С, тo есть чем выше температура и концентрация, тем выше значение электродного потенциала.

При работе гальванических элементов ЭДС и сила тока оказы­ваются меньше, чем вычисленные по формулам их величины элек­тродных потенциалов. Причиной этого является поляризация элек­тродов.

Различают анодную и катодную поляризации.

Под анодной поляризацией подразумевается смещение потен­циала анода в положительную сторону, то есть потенциал анода становится более положительным, чем электродный потенциал дан­ного металла, вследствие замедления перехода в раствор ионов с анода. Анодная поляризация обычно невелика и часто не учитыва­ется.

Катодная поляризация выражается в увеличении отрицательно­го потенциала катода из-за накопления электронов на катоде. Она имеет большее значение и устраняется деполяризаторами, которыми могут быть любые окислители.

Наиболее распространенными деполяризаторами являются:

- катионы металлов Сu²⁺ + 2е  Сu⁰ Zn²⁺ + 2е  Zn°

- катионы водорода 2Н⁺ + 2е  Н₂

- растворенный в воде кислород O₂ + 2Н₂O + 4е  4OН^-

Разновидностью гальванических элементов являются концен­трационные и топливные элементы (см. литературу).