Лекция 17. Окислительно-восстановительные иэлектрохимические процессы

- процессы взаимного превращения химической и электрической форм энергии: Е хим Е эл

особый вид окислительно – восстановительных реакций (ОВР Любая ОВР –

сумма сопряженных реакций окисления и восстановления

4 е^-

2Н^о₂ + О^о₂ = 2Н⁺₂О^-2

восст- ль окисл - ль

Окисление – процесс отдачи е^- частицей

Частица, отдающая е^- - восстановитель (↑ ст. ок.)

Восстановление – процесс присоединения е^- частицей

Частица, принимающая е^- - окислитель (↓ ст. ок.)

Условие прохождения реакции:

столкновение частиц и переход е^- от восстановителя к окислителю на малом расстоянии между ними

Особенности электрохимических ОВР -

- пространственное разделение процессов окисления и восстановления

- проводятся в электрохимических ячейках

Ячейка состоит из:

- двух электродов (1)

- внутренней цепи (2)

- внешней цепи (3)

проводники II рода-р астворы, расплавы электролитов (ионная проводимость)

проводники I рода - металлические проводники (е^- - проводимость)

1

При прохождении электрохимической ОВР возникает направленное движение е^- (эл. ток) по внешней цепи.

В электрохимии:

процессы восстановления → катодные процессы

процессы окисления → анодные процессы

ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ

Электрод – проводник I рода, находящийся в контакте с проводником проводником II рода

п роводник I рода проводник II рода

При погружении Ме в раствор собственных ионов происходит:

1. адсорбция полярных молекул растворителя (Н₂О)

2. переход гидратированных катионов в раствор:

Ме + mН₂О ® Mеⁿ⁺ × (Н₂О)_m + ne^-

раствор Ме

В Ме остаются е^-, нескомпенсированные (+) –ионами Þповерхность Ме

заряжается (-), приэлектродный слой раствора заряжается (+)

3) на границе Ме – раствор образуется двойной электрический слой (ДЭС),

который характеризуется определенной разностью потенциалов, называемой электродным потенциалом:

(Y₂ - Y₁) = Е _Меⁿ⁺_/Ме – электродный потенциал

активный металл (Fe, Zn) Þ переход ионов в раствор Þ (-Е)

малоактивный металл (Cu, Ag) Þ адсорбция ионов из раствора Þ(+Е)

4) При некотором значении Е устанавливается динамическое равновесие:

Ме + mН₂О Меⁿ⁺× (Н₂О)_m+ ne^-

Упрощенно:

Ме Меⁿ⁺ + nе^-

Потенциал, который устанавливается в условиях электродной реакции - равновесный электродный потенциал (Е ^равн)

Ионы металла Meⁿ⁺ - потенциалопределяющие ионы

Е ^равн зависит:

от природы Ме:

чем ¯ Е_{ионизации} атома Ме

чем ¯ Е _{крист решетки} Ме

чем ­Е_{гидратации} ионов Ме , тем ↑ способность Ме посылать ионы Меⁿ⁺ в раствори более отрицательным будет его

от активности потенциалопределяющих ионов

от Т

У благородных Ме: Pt, (Pd, Au):

Е_{крист. реш.} ­ и Е_иониз. ­ Þ

нет разности потенциалов, обусловленной переходом ионов

Þ Pt, (Pd, Au) не принимают участия в электродных реакциях.

Их используют в качестве подложки для адсорбции газов в газовых электродах.

ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ

1–й закон. Массы превращенных веществ на электродах при протекании постоянного тока пропорциональны количеству электричества Q, прошедшего через систему.

2-й закон. При прохождении через различные системы одного и того же количества электричества Q массы превращенных веществ m пропорциональны молярным массам их эквивалентов.

m₍₁₎ / M_Э(1) = m₍₂₎ / M_Э(2)

Объединенный закон:

При прохождении через любую электрохимическую систему 1F электричества на каждом из электродов превращается 1 моль-эквивалент вещества

F = 96484 Кл или F= 26,8 А×ч - число Фарадея

для массы вещества:

для объема газообразного

вещества

n – число е^-, участвующее в процессе

М_Э – молярная масса эквивалента вещества, г/моль

V_Э – объем моль эквивалента газа, л/моль

Q = Iτ - количество электричества [Ас] или [Кл];

I - сила постоянного тока [А];

τ – время процесса, [с]