- •Утверждаю
- •1. Электрохимические системы. Химические источники тока. Коррозия металлов
- •1.1. Предмет электрохимии
- •1.2. Электродные потенциалы. Уравнение Нернста
- •1.3. Гальванические элементы и их роль в электрохимической коррозии металлов
- •1.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Опыт 1. Влияние образования гальванических элементов на коррозию металлов
- •Предлагаемые варианты задач
- •Задачи повышенной сложности
- •1.5. Лабораторная работа № 1 Коррозия и защита металлов
- •Опыт 2. Коррозия железа в результате различного доступа кислорода
- •Опыт 3. Влияние хлорид - ионов на коррозию алюминия
- •Опыт 4. Коррозия луженого и оцинкованного железа
- •Стандартные потенциалы металлических, водородного и кислородного электродов (при парциальных давлениях водорода и кислорода 1 атм), измеренные относительно стандартного водородного электрода
- •2. Равновесная термодинамика. Химические и фазовые равновесия в одно- и многокомпонентных системах
- •2.1. Химический потенциал. Правило фаз
- •2.2. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах
- •2.3. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах
- •2.3.1. Равновесие между жидкой и твердой фазой. Эвтектические смеси
- •2.3.2. Равновесие между жидкостью и паром. Азеотропные смеси. Законы Коновалова
- •2.4. Примеры решения задач и задачи для самостоятельной работы Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельной работы
- •3. Поверхностные явления. Адсорбция
- •3.1. Движущие силы адсорбции
- •3.2. Адсорбция на границе раздела жидкой и газообразной фаз. Поверхностно-активные вещества (пав)
- •3.3. Адсорбция на границе раздела твердой и жидкой (газообразной) фаз
- •3.3.1. Теория мономолекулярной адсорбции
- •3.3.2. Хроматография
- •3.3.3. Ионообменная адсорбция и хроматография
- •3.4. Примеры решения задач и задачи для самостоятельной работы Примеры решения задач
- •Задача для самостоятельной работы
- •3.5. Лабораторная работа № 2. Адсорбция уксусной кислоты из водного раствора на активированном угле
- •Реактивы и посуда
- •Методика выполнения работы
- •Расчеты и обработка результатов
- •4. Кинетика и катализ
- •4.1. Теория абсолютных скоростей химических реакций [4]
- •4.2. Кинетика каталитических реакций
- •4.3. Принцип линейных соотношений свободных энергий (лссэ)
- •4.4. Задачи для самостоятельной работы
- •5. Макрокинетика
- •Вопросы для подготовки к устному экзамену по курсу физической химии ( III семестр)
- •1. Химические источники тока. Коррозия металлов
- •2. Адсорбция и хроматография
- •3. Фазовые равновесия
- •5. Макрокинетика
- •Литература
1.2. Электродные потенциалы. Уравнение Нернста
В таблице 1.1 приведены значения стандартных электродных потенциалов металлических электродов (Ео, В) в водном растворе простой соли данного металла (т.е. при температуре 298 K и концентрации ионов [Меn+] = 1 моль/л), а также стандартные электродные потенциалы газовых электродов - водородного и кислородного, измеренные при парциальном давлении газа 1 атм и при стандартной концентрации ионов водорода в водном растворе [Н+] = 1 моль/л (рН = 0) или анионов гидроксила [OH-] = 1 моль/л (рН = 14).
Значения электродных потенциалов (Е, В) для нестандартных условий (например, для нестандартной концентрации раствора соли металла в случае металлических электродов или для произвольного значения рН водного раствора в случае газовых электродов) можно рассчитать по уравнению Нернста (термодинамический вывод этого уравнения Вам должен быть знаком из курса общей и неорганической химии):
Е = Ео + (RT / nF) ln { [ок] / [вос] } , (1.1)
где n – число электронов, участвующих в окислительно-восстановительной полуреакции, F = 96500 Кл/ моль – число Фарадея (заряд, переносимый электронами 1 моля вещества), [ок] и [вос] – равновесные концентрации окисленной и восстановленной форм определенного атома (в моль/л).
Для металлических электродов в растворе соли данного металла, т.е. для полуреакции Mn+ + ne M при Т= 298 К после подстановки численных значений констант в системе СИ и перехода к десятичным логарифмам получается уравнение:
Е = Ео + (0.059 / n) lg [ Mn+ ] (1.2)
Аналогично можно вывести соответствующие уравнения для оценки электродных потенциалов водородного и кислородного электродов в зависимости от рН водного раствора.
Для водородного электрода, т.е. для полуреакций, в которых окисленной формой водорода являются ионы Н+ (кислая среда, рН < 7 – 1.3а) или молекулы Н2О (щелочная среда, рН > 7 – 1.3б),
2Н+ +2e H2 (1.3а)
2Н2О + 2e H2 + 2OH (1.3б)
соответствующее уравнение имеет вид:
=
Ео
+ (0.059 / 2) lg [ H+
]2
=
0.059 рН
(1.4)
где Ео = 0 – стандартное значение потенциала водородного электрода при [Н+ ] = 1 моль/л (рН=0, [OH] = 1014 моль/л).
Если водородный электрод находится в растворе, в котором стандартной является концентрация ионов OH ([OH ] = 1 моль/л,
[Н+ ] = 1014 моль/л, pH = 14), то рассчитанное по уравнению (1.4) значение Е = - 0.83 В тоже является по сути стандартным значением потенциала водородного электрода, если парциальное давление водорода составляет 1 атм, и поэтому внесено в таблицу 1.1.
Для кислородного электрода, т.е. для полуреакций, в которых восстановленной формой кислорода являются молекулы Н2О (кислая среда, рН < 7 – 5а) или ионы OH (щелочная среда, рН > 7 – 5б),
O2 + 4Н+ + 4e 2H2O (1.5а)
O2 + 2Н2О + 4e 4OH (1.5б)
уравнение Нернста имеет вид:
+
(0.059 / 4) lg [ H+
]4
= Ео
0.059 рН,
(1.6)
где Ео = + 1.229 В - стандартное значение потенциала кислородного электрода при [Н+ ] = 1 моль/л (рН=0, [OH] = 1014 моль/л).
При стандартной концентрации ионов OH ([OH ] = 1 моль/л,
[Н+ ] = 1014 моль/л, pH = 14) рассчитанное по уравнению (1.6) значение потенциала кислородного электрода Е = 0.403 В тоже является по сути стандартным значением, если парциальное давление кислорода составляет 1 атм, и также внесено в таблицу 1.1.
