Дослід 5.

В дві пробірки внесіть 2-3 кристалика Na₂SO₃. Одну пробірку залиште, як контрольну. Другу закріпіть у штативі і нагрійте протягом 5-6 хв., потім її охолодіть. В обидві пробірки прилийте по 5-6 крапель дистильованої води, розмішайте скляною паличкою до розчинення солей. В кожну пробірку додайте по 2-3 краплі розчину СuSO₄. Запишіть спостереження.

а) Складіть рівняння реакції розкладу Na₂SO₃. До якого типу окисно-відновних реакцій відноситься ця реакція?

б) Визначте ΔGº₂₉₈ і встановіть термодинамічну можливість термічного розкладу Na₂SO₃ з утворенням Na₂S_(к) і Na₂SO_4(к).

ΔGº₂₉₈ (Na₂SO₃) = - 1002 кДж/моль

ΔGº₂₉₈ (Na₂SO₄) = - 1266,8 кДж/моль

ΔGº₂₉₈ (Na₂S) = - 354,8 кДж/моль.

Дослід 6.

а) Встановіть в якому напрямі за стандартних умов буде проходити реакція в розчині.

Fe²⁺ + Sn⁴⁺ → Fe³⁺ + Sn²⁺

Стандартні потенціали систем.

Fe³⁺ + ē = Fe²⁺ Eº = +0,771 B

Sn⁴⁺ + 2ē = Sn²⁺ Eº = + 0,151 В

б) Визначте константу рівноваги за стандартними електродними потенціалами систем і визначте ступінь проходження реакції в цьому напрямку.

в) До 3 крапель розчину ферум (ІІІ) хлориду прилийте 1-2 краплі розчину амоній роданіду. Визначте зміну забарвлення розчину. Напишіть рівняння реакції. Після чого долийте по краплям до повного знебарвлення розчин станум (ІІ) хлориду. Чи підтвердились розрахунки і висновок? Напишіть рівняння реакції.

Контрольні питання і задачі.

1. Які реакції називаються окисно-відновними?

2. Які речовини називають окисниками, відновниками?

3. Визначте ступінь окиснення cульфуру в сполуках: SO₂; H₂S; Na₂SO₃; H₂SO₄.

4. Укажіть, які із приведених процесів представляють собою окиснення і які – відновлення:

S → SO₄^{2 -} ; S → S^{2 -} ; Sn → Sn⁴⁺ ; K → K⁺ ; Br₂ → 2Br ^- ; MnO₄¯ → MnO₄^{2 -}

5. Закінчіть рівняння реакцій і розставте коефіцієнти за допомогою електронного балансу:

а) K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ + KI →

б) KMnO₄ + H₂SO₄ + H₂O₂ →

в) H₂O₂ + H₂SO₄ + KI →

6. Якими способами можливо визначити напрямок окисно-відновної реакції?

7. Визначте чи можливо протікання реакції в прямому напрямку при 298 К?

СuO_(к) + H_2(г) = Сu_(к) + Н₂О_(ж)

∆Gº₂₉₈ (CuO) = - 127,0 кДж/моль

∆Gº₂₉₈ (H₂O) = - 237,2 кДж/моль

Робота 16 Загальні уявлення про електрохімічні процеси. Гальванічні елементи

Мета роботи – засвоєння теоретичного матеріалу про електрохімічні процеси, що протікають при роботі гальванічного елемента.

Теоретична частина.

Електрохімічними називаються процеси взаємного перетворення хімічної і електрохімічної енергії. Із даного визначення випливає, що електрохімічні процеси – це процеси перетворення:

хімічної енергії в електричну, тобто процеси, які протікають в гальванічних елементах.

електричної енергії в хімічну, ці процеси протікають в електролізерах.

При вивченні цієї теми студенти повинні знати наступні поняття.

Шар розчину на межі метал/розчин разом із протилежно зарядженою поверхнею металу утворює подвійний електричний шар. У його утворенні можуть брати участь як зарядженні частини (йони, електрони), так і полярні молекули.

Такий тонкий поверхневий шар із розділених у просторі електричних зарядів із протилежними знаками, які утворюються на поверхні роподілу фаз/розчин називають стрибком потенціалу або електродним потенціалом (Е, В).

Стандартним електродним потенціалом (Е^о, В) називається потенціал розчинення металу, зануреного в розчин його солі з концентрацією (або активністю) його йонів, яка дорівнює 1 моль/л, виміряний відносно стандартного водневого електрода, потенціал якого при 25^оС умовно дорівнює нулю.

Стандартні електродні потенціали металів (Е^о, В), розміщені згідно із зростанням їх алгебраїчних величин, являють собою ряд стандартних електродних потенціалів (ряд напруг металів), який є важливою характеристикою металів.(Додатки, 9).

Метали з низьким електродним потенціалом є активними відновниками. Вони легко окиснюються, але важко відновлюються з йонів.

Кожний попередній метал витісняє всі наступні за ним в ряді напруг метали із розчинів їх солей.

Метали, які стоять у ряді напруг до водню, витісняють його із розведених хлоридної і сульфатної кислот.

Величина електродного потенціалу залежить від природи металу в розчині електроліту і температури.

Цю залежність описує рівняння Нернста.

де, R – універсальна газова стала, R = 8,314 Дж/К·моль;

T – абсолютна температура, К;

n – заряд йону металу;

F – стала Фарадея, F = 96500 Кл/моль;

C_Меⁿ⁺ - концентрація йонів металу в розчині, моль/л.

Якщо взяти Т = 298 К і замість R i F підставити їх числові значення, то дістанемо рівняння Нернста у вигляді:

+

Це рівняння використовується для розрахунку потенціалів металічних електродів.

Гальванічний елемент являє собою пристрій, в якому хімічна енергія окисно-відновної реакції перетворюється на електричну.

Гальванічний елемент складається із внутрішнього кола (двох електродів – анода і катода, занурених у розчин або розплав електроліту) і зовнішнього кола (металічні провідники та інші частини зовнішньої схеми).

Електрохімічними називаються окисно-відновні реакції, які протікають на поверхні електродів у гальванічних елементах. Причому процеси окиснення і відновлення просторово розділені. Окиснення завжди протікає на аноді, відновлення – на катоді. У гальванічному елементі анодом є електрод, потенціал якого за алгебраїчною величиною менший, ніж потенціал катода. Анод позначається знаком “-“, катод – знаком “+”.

Робота гальванічного елемента можлива тільки при замиканні металічного і електролітного кола для переміщування йонів.

Електрорушійна сила (ЕРС) процесу для гальванічного елементу визначається як різниця між потенціалами катода Е_к і анода Е_а.

П рикладом гальванічного елемента є мідно-цинковий елемент Данієля-Якобі, що складається із цинкової і мідної пластинок, занурених в розчин сульфатів цинку і купруму. (рис. 13)

Цинковий електрод є анодом (Е^о = - 0,76 В), на якому проходить окиснення цинку:

Zn^o = Zn²⁺ + 2ē

Мідний електрод (Е^о = + 0,34 В). На цьому електроді проходить відновлення йонів міді із розчину електронами, які утворюються на аноді:

Cu²⁺ + 2ē = Cu^o

Сумарне рівняння процесу в йоному вигляді:

Zn^o + Cu²⁺ = Cu^o + Zn²⁺,

або в молекулярній формі:

Zn + CuSO₄ = Cu + ZnSO₄

Гальванічний елемент виражається схемою:

З а стандартних умов ЕРС цього гальванічного елемента розраховано за формулою Нернста:

ЕРС гальванічного елемента під час його роботи поступово зменшується внаслідок поляризації електродів. Поляризація – це зміна потенціалу електрода при проходженні струму. Вона виникає із зміною концентрації розчину електроліту (концентраційна поляризація), а також із зміною хімічного складу поверхні електродів (електрохімічна поляризація).

Для зменшення впливу деполяризації на потенціал електродів використовують різні методи, наприклад, перемішування розчину електролізу або додаванням речовин – деполяризаторами можуть бути О₂; MnO₂ та ін.

Концентраційними гальванічними елементами називаються такі, в яких елементами називаються такі, в яких електроди виготовлені з одного металу, але вони занурені у розчини електроліту з різною концентрацією. Анодом є електрод з більш негативним потенціалом, де концентрація електроліту нижча.