3.7.2. Контрольные задания:

Методом электронного или электронно-ионного баланса расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, укажите окислитель и восстановитель, тип окислительно-восстановительной реакции:

61. Fe(NО₃)₂ + MnО₂ + HNО₃ → Fe(NO₃)₃ + Mn(NО₃)₂ + Н₂О

S + КОН → K₂S + K₂SО₃ + H₂О

61. Pb(NО₃)₂ → PbO + NО₂ + О₂

HNO₃ + Cu → Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

63. Cl₂ + Br₂ + KOH → KC1 + KBrO₃ + H₂O

Cl₂ + KOH → KCI + KClO₃

63. H₂О₂ + HIO₃ → I₂ + O₂ + H₂O

Br₂ + NaOH → NaBr + NaBrO + H₂O

65. SO₂ + HNO₃ + H₂O → H₂SO₄+ NO

NH₄NО₂ → N₂ + H₂O

65. Na₂S₂О₃ + Br₂ + NaOH → NaBr + Na₂SO₄ + H₂O

NaNO₃ → NaNO₂ + O₂

65. NaI + KMnO₄ + KOH → I₂ + K₂MnO₄ + NaOH

Cu(NО₃)₂ → CuO + NO₂ + O₂

65. HI + H₂SО₄ → I₂ + H₂S + H₂O

HNO₂ → HNО₃+NO + H₂O

65. HC1 + KMnO₄ → MnCl₂ + Cl₂ + KCI + H₂O

KClO₃ → KCI + O₂

65. SnCl₂+K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → Sn(SO₄)₂ + SnCl₄ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

Na₂SO₃ → Na₂S + Na₂SO₄

3.8. Электродные потенциалы. Гальванические элементы, аккумуляторы

3.8.1. Методические указания

Гальваническими элементами называют устройства, в которых энергия химической реакции преобразуется в электрическую.

Основу работы любого гальванического элемента составляют окислительно-восстановительные процессы, причем реакции окисления и восстановления, протекающие на электродах, пространственно разделены. Тот электрод, на котором происходит процесс окисления, называется анодом, восстановления - катодом. Значение электродного потенциала катода (Е_к) для работающего гальванического элемента положительнее, чем у анода (Е_А). Каждый из электродов помещен в свое электродное пространство, содержащее ионный проводник. Движение ионов из одного электродного пространства в другое возможно за счет наличия пор в перегородке или солевого мостика, при этом непосредственного перемешивания ионных проводников не происходит.

Электродвижущая сила (ЭДС) элемента определяется разностью потенциалов катода и анода: ЭДС = Е_К- Е_А.

Значение величины электродного потенциала зависит от ряда факторов и рассчитывается по уравнению Нернста:

,

где п - число электронов, участвующих в процессе;

Е° - стандартная величина электродного потенциала, т.е. потенциал

электрода при концентрациях окисленных и восстановленных

форм, равных единице;

R - универсальная газовая постоянная (8,31 );

F - число Фарадея (96500 );

Т - абсолютная температура;

[ок.] и [восст.] - произведения концентраций окисленных и

восстановленных форм, соответственно.

Если одна из форм находится в виде газа, то вместо концентрации

используют парциальное давление. Например, на водородном электроде

протекает процесс:

;

тогда .

Концентрации твердых тел и воды (для водных растворов) считают величинами постоянными. Поэтому для полуреакции:

,

а для полуреакции

.

При подстановке в уравнение Нернста значений констант оно принимает вид:

,

а при работе элемента в нормальных условиях (Т = 298 К) преобразуется в выражение:

.

Тогда для любого металлического электрода, опущенного в раствор его

соли, значение потенциала или , где С — концентрация ионов металла, моль/л.

Одними из наиболее простых гальванических элементов являются устройства из двух металлических электродов, помещенных в растворы своих солей. Таким является, например, прибор из пластин никеля в 1 М растворе NiSO₄ и серебра в 0,1 М растворе AgNO₃.

Так как , то серебро является катодом, а никель - анодом.

	1
	2

Электроны при замыкании внешней цепи движутся от никеля к серебру. Схема данного гальванического элемента имеет следующий вид:

А (-) Ni | NiSO₄| | AgNO₃ | Ag (+) K.

Гальванический элемент может работать, если он составлен из одинаковых электродов, погруженных в растворы одного и того же электролита, но с разной концентрацией (концентрационный гальванический элемент). Для них значение ЭДС можно рассчитать по формуле:

, а схема имеет вид:

А(-)металл | электролит(C₁)||электролит(С₂)|металл (+)К

С₁< С₂.