Электролитическая диссоциация воды

Водородный показатель.

Вода является весьма слабым электролитом, ее диссоциация выражается уравнением

Свободных ионов водорода в воде нет.

[H₂O] = C _исх

С _исх = 1000г/18г = 55,55 моль/л. – концентрация воды.

К_равн.  [H₂O] = const = [H⁺][OH^-] = 1,810^-1655,55 = 110^-14

то есть [H⁺][OH^-] = 110^-14 = K_ - ионное произведение воды.

В любом растворе присутствуют как ионы водорода, так и ионы гидроксила, но в разных количествах.

Нейтральная среда:

Кислая среда:

[H⁺] > 10^-7

Щелочная среда:

[H⁺] < 10^-7

Водородный показатель среды:

pH = - lg[H⁺]; pOH = - lg[OH^-]; pOH = 14 – pH

В нейтральной среде: pH = 7 = pOH.

В кислой среде: pH < 7; pOH > 7.

В щелочной среде: pH > 7; pOH < 7.

Ионное произведение воды зависит от температуры, так как степень диссоциации воды зависит от температуры.

При t = 0; K_ = 0,11410^-14

pH = - lg[H⁺] = 7,47; то есть при 0^о pH нейтральной среды > 7.

При t = 50 [H⁺][OH^-] =5,4710^-14

pH = 6,63, то есть при 50^оС pH нейтральной среды < 7.

Расчет концентрации ионов водорода в растворе слабой кислоты.

, так как [H⁺] = [A^-], то получаем

Пример 1:

Рассчитать величину водородного показателя, если

С_м = 0,1 М

К_кисл = 1,810^-4

Вычислить pH в водном растворе муравьиной кислоты:

pH = - lg 4,210^-3 = 2,38 – кислая среда.

Для слабых электролитов можно использовать концентрацию ионов, а не понятие активности.

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ. ЭЛЕМЕНТ ДАНИЭЛЯ – ЯКОБИ.

Устройства, при помощи которых химическая энергия превращается в электрическую, называются гальваническими элементами, или химическими источниками электрической энергии (ХИЭЭ).

Рассмотрим, например гальванический элемент Якоби – Даниэля:

Рис. 27. Гальванический элемент Даниэля – Якоби.

1. Рассмотрим процессы, происходящие на пластинах, когда цепь разомкнута:

Zn – 2e = Zn²⁺, на цинковой пластинке накапливаются электроны;

Cu – 2e = Cu²⁺, на медной пластинке тоже накапливаются электроны, но т.к. медь менее активный металл, то на медной пластинке электронов меньше. В системе устанавливается равновесие, т.е. скорость растворения металла равна скорости осаждения

2. При замыкании цепи электроны с цинковой пластинки перетекают на медную, т. к. на цинковой пластинке их больше, при этом равновесие нарушается и для его достижения новые порции цинка будут расторяться. На медной пластине, куда пришли дополнительные электроны с цинка, для установления равновесия начнется процесс осаждения меди.

Zn – 2e  Zn²⁺, равновесие смещается в сторону растворения цинка;

Cu – 2e  Cu²⁺, равновесие смещается в сторону осаждения меди.

Т. о. цинковая пластина начинает растворяться, а на медной пластине начинает осаждаться медь, пока равновесие не восстановится.

Схематично такой гальванический элемент обозначают:

А Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu K

Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом (здесь анод – Zn), электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом (Cu).

Электрический ток, протекающий по внешней цепи, может совершать полезную работу: A_max = nFE. Полезная работа равна произведению количества прошедшего электричества на напряжение, здесь n – число электронов, участвующих в окислительно-восстановительном процессе, F – число Фарадея (F = 96500 Кл/моль), E – электродвижущая сила гальванического элемента.

ЭДС гальванического элемента - это максимальное значение напряжения гальванического элемента.

E = Е_к – Е_а, где Е_к – электродный потенциал катода;

Е_а – электродный потенциал анода.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

Электродные потенциалы возникают на границе раздела фаз металл – электролит.

При погружении металла в воду часть ионов гидратированными переходят в воду. Устанавливается равновесие.

Часть положительно заряженных ионов металла переходят в раствор, в результате слой воды, прилегающий к поверхности электрода, заряжается положительно. Электрод заряжается отрицательно. Образуется двойной электрический слой (ДЭС), что обуславливает возникновение скачка потенциала на границе металл - вода (Рис. 28 (1)).

Рис. 28. Образование двойного электрического слоя.

Если опустить электрод в разбавленный раствор соли, то образование ДЭС будет аналогично рассматриваемому случаю, только разность потенциалов будет иметь меньшее значение (Рис. 28 (2)).

Если электрод из малоактивного металла опустить в концентрированный раствор его соли, то будет наблюдаться процесс выделения положительно заряженных ионов на поверхности электрода. Поверхность электрода при этом заряжается положительно, а слой воды, прилегающий к электроду - отрицательно (рис. 28 (3)).

Электродный потенциал это разность потенциалов, возникающая между электродом и раствором электролита.