ФХ лр37

Работа №37

Определение термодинамических функций реакций, протекающих в окислительно-восстановительных элементах

Цель работы: ознакомиться с методикой составления гальванических элементов, содержащих окислительно-восстановительные электроды, изучить влияние температуры на ЭДС элемента, а также рассчитать изменения термодинамических функций в процессе протекания электрохимической реакции.

Литература: Практикум 1986, с.286-296, 310-313; метод. пособие 4724, А.М. Мерецкий, В.В. Белик, Основы электрохимической термодинамики. - М., 2011, с. 15-27, 54-62, 67-90, 145-148; метод. пособие Балицкий В.Н. Равновесные электрохимические процессы в гальванических элементах. -М., 1997, пособие 3931, с.1-19 (лаб.работа 4).

Теоретическая часть

Проводниками 1-го рода являются металлы в твердом и расплавленном состоянии, сульфиды и карбиды ряда металлов, графит. В таких проводниках перенос электричества осуществляется за счет движения электронов (электронная проводимость).

Проводники 2-го родя (электролиты) – химические соединения, которые находясь в твердом, растворенном или расплавленном состоянии проводят электрический ток. Носителями тока выступают ионы вещества – катионы и анионы (ионная проводимость).

Электродом (полуэлементом) называется электрохимическая система, включающая как минимум две контактирующие проводящие фазы, одна из которых является металлом (проводником 1-го рода), полупроводником или ионной мембраной, а другая - раствором или расплавом электролита (проводником 2-го рода).

Под обтатимыми электродами понимают электроды, на которых при изменении направления электрического поля (тока) на противоположное протекает та же самая по химической природе электродная полуреакция, но в обратном направлении.

Обратимый электрод 1-го рода - электрохимическая система, состоящая из металла (неметалла), помещенного в раствор, содержащий ионы того же металла (неметалла).

Электрод, обратимый по катиону: электродная полуреакция:

уравнение Нернста:

которая вырабатывает электрическую энергию в результате самопроизвольно происходящих в ней химических превращений.

Электродный потенциал – ЭДС электрохимической цепи, составленной из электрода в сравнении.

Стандартный электродный потенциал – ЭДС электрохимической цепи, составленной из стандартного водородного электрода (слева) и исследуемого электрода (справа) при активности потенциалопределяющих веществ раной единице.

Термодинамические функции химической энергии:

Энергия Гиббса

,

где Е – электродвижущая сила гальванического элемента, z – число электронов, участвующих в элементарном акте электрохимической реакции, F – константа (число) Фарадея.

где Т – температура протекания электрохимической реакции Электрохимическая форма уравнения Гиббса-Гельмгольца:

( )

Задача

В гальваническом элементе обратимо протекает реакция:

ЭДС этого гальванического элемента зависит от температуры по уравнению:

1.Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах.

2.Приведите условную запись элемента и определите тип каждого электрода элемента.

3.Рассчитайте ЭДС элемента при температуре 70оС.

4.Определите изменение энергии Гиббса ΔG, изменение энтропии ΔS, изменение энтальпии ΔH и выделяющуюся или поглощающуюся теплоту Q для процесса, протекающего в гальваническом элементе при температуре 298К.

5.Сравните рассчитанные в п. 4 изменения термодинамических функций с табличными данными, используя табл. 44 (А. А. Равдель. Краткий справочник физико-химических величин.)

электрод газовый второго электрод рода

3)При температуре 343К:

4)При температуре 298К

5) По справочным данным при температуре 298К

Как видим, различия между рассчитанными значениями и справочными данными несущественны

Экспериментальная часть

Задание на работу Изучить зависимость ЭДС от температуры.

По полученной зависимости рассчитать термодинамические функции реакций окисления-восстановления.

3.Составить рабочий электролит из растворов, содержащих ионы различных степеней окисления, в равных объемных соотношениях.

4.Подкислить растворы H2SO4 с расчетом, чтобы электролитический ключ был заполнен кислотой.

5.Измерения потенциала проводить до постоянного его значения.

6.Растворы налить в термостатированную ячейку, погрузить платиновые электроды и присоединить элемент к потенциометрической измерительной схеме

7.Измерения ЭДС производить после установления температуры через каждые 15-20 минут до тех пор, пока четыре последующих измерения не покажут значения, совпадающие в пределах 0,5 мВ.

8.Далее произвести расчет

( )

6.Рассчитаем изменения термодинамических функций ( rS, rG, rН) для электрохимической реакции при различных температурах.

При Т = 288К

При Т = 323К

При Т = 298К