Глава 9. Электрохимия

После усвоения материала Главы 9 студент должен:

Знать

• механизм возникновения электродного потенциала на границе раздела металл – раствор электролита;

• катодный и анодный процессы в гальваническом элементе Даниэля-Якоби;

• определение стандартного электродного потенциала металлов;

• факторы, влияющие на величину электродного потенциала и уравнение Нернста;

• определение окислительно-восстановительным (редокси) электродам;

• определение и сущность электролиза, катодный и анодный процессы при электролизе на инертных и активных электродах;

• законы Фарадея;

• определение перенапряжения и последовательность разряда катионов и анионов на инертных электродах;

• определение, сущность и механизм химической и электрохимической коррозии;

• определение и сущность процесса пассивации металла;

• методы защиты металлов от коррозии;

уметь

• определить возможность протекания реакции;

• вычислять электродный потенциал металла в растворе соли разной концентрации;

• оценивать вероятность протекания процесса в заданном направлении при стандартных условиях;

• рассчитать ЭДС гальванического элемента;

• написать реакции, протекающие на электродах при электролизе расплавов и растворов;

• определять последовательность разрядки ионов на инертных катоде и аноде;

• охарактеризовать электролиз расплавов солей как метод получения активных металлов;

• решать расчетные задачи на законы электролиза;

• рассчитывать выход по току;

• писать уравнения катодного и анодного процессов при коррозии металлов в разных средах;

• экспериментально проводить электролиз растворов некоторых электролитов;

владеть

• теоретическими основами химической электрохимии;

• навыками проведения электролиза растворов некоторых электролитов;

• навыками решения задач на законы Фарадея и выход по току;

• способами защиты металлов от коррозии.

9.1. Возникновение скачка потенциала на границе металл-раствор электролита. Электродные потенциалы

В металлах атомы связаны металлической связью. Атомы металлов слабо удерживают свои валентные электроны и легко превращаются в ионы. С другой стороны ионы легко могут присоединять свободные электроны превращаясь опять в атомы. В результате взаимодействия ион-атомов и «электронного газа» возникает металлическая связь.

При погружении металла в воду поверхностные ион-атомы металла реагируют с молекулами воды, в результате чего гидратированные ионы металла переходят в раствор, оставляя в металле электроны. Металл становится заряженным отрицательно, а раствор – положительно. Катионы металла в растворе испытывают притяжение отрицательной поверхности металла, поэтому на границе металл – раствор возникает двойной электрический слой. Между металлом и раствором возникает разность потенциалов, которая называется электродным потенциалом (рис. 9.1).

Рис.9.1. Двойной электрический слой на границе металл – раствор

Me + mH2O  Me(H2O)mn+ + nē

Процесс перехода ионов в раствор – процесс обратимый и между прямым процессом растворения и обратным – восстановления металла устанавливается динамическое равновесие. Потенциал, устанавливающийся при этом на электроде, называется равновесным электродным потенциалом:

Me –nē  Men+.

Абсолютное значение его определить невозможно, поэтому для характеристики электродных процессов пользуются относительными значениями электродных потенциалов.

Металлы обладают неодинаковой способностью отдавать ионы в раствор, а их ионы имеют неодинаковую способность к гидратации, поэтому каждый металл имеет свое значение равновесного потенциала.