
- •Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
- •«Тюменский государственный нефтегазовый университет» в.М. Обухов химия
- •Программа Введение
- •I. Основные закономерности химических процессов
- •1. Термодинамика химических процессов
- •2. Кинетика химических процессов.
- •3.Химическое равновесие.
- •II. Строение вещества
- •1. Строение атома.
- •2. Строение молекулы
- •3. Агрегатное состояние вещества
- •III. Растворы.
- •IV. Реакции в растворах
- •V. Электрохимические процессы
- •VI. Металлы. Коррозия металлов
- •Литература
- •Контрольные задания
- •Варианты контрольного задания
- •Введение
- •I. Основные закономерности химических процессов
- •1.1. Термодинамика химических процессов
- •Задание
- •Задание
- •1.2. Кинетика химических процессов
- •1.3. Химическое равновесие
- •Задание
- •II. Строение вещества
- •2.1. Строение атома
- •Электронная оболочка атома
- •Периодическая система элементов д.И. Менделеева
- •Свойства элементов
- •Задание
- •2.2. Строение молекулы
- •Ионная связь
- •Ковалентная связь
- •Металлическая связь
- •2.3. Агрегатные состояния вещества
- •Задание
- •III. Растворы
- •3.1. Состав раствора
- •Жидкие растворы (водные растворы)
- •Тепловой эффект растворения (энтальпия растворения)
- •3.2. Свойства растворов. Давление насыщенного пара над раствором
- •Температура кипения и температура замерзания раствора
- •3.3. Неэлектролиты и электролиты
- •Сильные и слабые электролиты
- •Электролитическая диссоциация воды. Водородный показатель. Нейтральная, кислая и основная среды
- •Задание
- •IV. Реакции в растворах
- •4.1. Ионные уравнения. Реакции ионного обмена
- •Ионное уравнение реакции запишется
- •4.2. Гидролиз солей
- •4.3. Окислительно-восстановительные реакции
- •4.4. Окислительно-восстановительные свойства элементов
- •4.5. Наиболее важные окислители и восстановители
- •Задание
- •V. Электрохимические процессы
- •5.1. Химические источники электрической энергии
- •Гальванический элемент записывают в виде электрохимической схемы. Электрохимическая схема элемента Якоби – Даниэля
- •5.2. Электролиз
- •Например, при электролизе водного раствора сульфата меди
- •Задание
- •VI. Металлы. Коррозия металлов
- •6.1. Физические свойства металлов
- •6.2. Химические свойства металлов
- •Взаимодействие металлов с водой
- •Взаимодействие металлов с водными растворами щелочей
- •Взаимодействие металлов с кислотами
- •6.3. Коррозия металлов
- •Защита металлов от коррозии
- •Защита поверхности металла покрытиями
- •Электрохимические методы защиты поверхности металла
- •Использование ингибиторов коррозии.
- •Задание
- •Издательство «Нефтегазовый университет»
- •625000,Г. Тюмень, ул. Володарского, 38
- •625039,Г. Тюмень, ул. Киевская, 52
5.1. Химические источники электрической энергии
Химические источники электрической энергии (ХИЭЭ) – устройства, преобразующие энергию химической реакции в электрическую энергию.
ХИЭЭ, в которых протекают необратимые окислительно-восстановительные реакции (используются однократно), называются гальваническими элементами. ХИЭЭ, в которых протекают обратимые окислительно-восстановительные реакции (допускают многократное использование), называются аккумуляторами.
Гальванический элемент. Самый первый гальванический элемент Якоби-Даниэля состоит из цинкового электрода (цинковой пластинки, опущенной в раствор сульфата цинка) и медного электрода (медной пластинки, опущенной в раствор сульфата меди). Обе пластинки соединены проводником, а сосуды с раствором – электролитическим мостиком (трубка с раствором соли).
Рис. 3. Схема гальванического элемента Якоби-Даниэля
По отклонению стрелки гальванометра можно судить, что по внешней цепи идет электрический ток.
При работе цинкового электрода на поверхности цинковой пластины возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие Zn <=> Zn2+ + 2e-.
При работе медного электрода на поверхности медной пластины возникает двойной электрический слой и также устанавливается равновесие Cu <=> Cu2+ + 2е-.
Так как цинковый электрод имеет более низкое значение электродного потенциала (–0,76 В), чем медный электрод (+0,34 В), то на цинковом электроде легче идет окисление, поэтому больше накапливается свободных электронов. Поэтому при замыкании внешней цепи электроны будут переходить от цинкового электрода к медному электроду и равновесное состояние процессов окисления и восстановления на электродах нарушится.
В результате замыкания электродов по внешней цепи на цинковом электроде равновесие сместится вправо – т. е. в раствор переходит дополнительное количество ионов цинка. Будет наблюдаться растворение цинковой пластинки. На цинковом электроде протекает процесс окисления
Zn – 2e- = Zn2+.
В то же время медный электрод принимает электроны из внешней цепи и на нем также смещается равновесие, только в обратную сторону (влево). Ионы меди из раствора выделяются в виде атомов на медной пластине. На медном электроде идет процесс восстановления
Cu2+ + 2е- = Cu .
В электрохимии электрод, на котором идет процесс окисления (отдача электронов), называется анодом. В гальваническом элементе анод имеет заряд (−).
Электрод, на котором протекает процесс восстановления (принятие электронов), называется катодом. Катод в гальваническом элементе имеет заряд (+).
Первоначально в растворах электролитов (цинковый и медный электроды) наблюдалось равенство катионов металлов (Zn2+, Cu2+) и сульфат-ионов (SO42-). Однако в процессе работы гальванического элемента в цинковом электроде раствор заряжается положительно, т.к. катионы цинка переходят в раствор с цинковой пластины Zn – 2e- = Zn2+.
На медном электроде, наоборот, катионы меди, переходя из раствора на медную пластину, заряжают раствор отрицательно за счет появления избытка сульфат-ионов Cu2+ + 2е- = Cu . Поэтому в элементе наблюдается направленное движение ионов (SO42-) от медного электрода к цинковому электроду через электролитический мостик.
При работе гальванического элемента имеет место: движение электронов по внешней цепи – электронная проводимость; движение ионов в растворе – ионная проводимость.
Суммарное уравнение окислительно-восстановительной реакции (ОВР), протекающей в гальваническом элементе, запишется:
ионное уравнение – Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu;
молекулярное уравнение – Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu.