Лабораторная работа №7 электрохимические процессы

1. Электродные потенциалы и гальванические элементы

Система, состоящая из металла, погруженного в раствор электролита, называется электродом.

Гальваническим элементомназывается многофазная система, состоящая по меньшей мере из двух электродов (полуэлементов). В качестве примера рассмотрим цинк-серебряный гальванический элемент (рис. 1), состоящий из цинкового и серебряного полуэлементов.

Гальванический элемент (рис.1) состоит из растворов, содержащих ионы Zn²⁺иAg⁺, разделенных пористой диафрагмой для того, чтобы обеспечить протекание тока без смешения растворов. В каждый из растворов опущен электрод из соответствующего металла. Границу раздела фаз металл – раствор обозначают символом «/», а электролитический контакт растворов – «//». Таким образом, схему рассматриваемого элемента можно представить в виде

Рис. 1. Схема цинк-серебряного гальванического элемента

В цинковом полуэлементе протекает реакция окисления, электрод называют анодом. При протекании тока масса анода уменьшается за счет его растворения.

ZnZn²⁺+ 2e.

В серебряном полуэлементе протекает реакция восстановления, электрод называют катодом. При протекании тока масса катода увеличивается за счет осаждения на его поверхности металла.

2 Ag⁺+ 2eAg

Суммарная реакция получается сложением полурекций:

Zn+ 2Ag⁺Zn²⁺+ 2Ag

Направление протекания самопроизвольного процесса, можно определить из величин электродных потенциалов полуэлементов.

Электродный потенциалэто разность потенциалов гальванического элемента, состоящего из исследуемого электрода и электрода сравнения, при условии, что ток во внешней цепи стремится к нулю . Измеренную в таких условиях разность потенциалов называютэлектродвижущей силой(коротко – э.д.с.).

Стандартным электродом сравнения служит стандартный водородный электрод. Это газовый электрод, состоящий из платиновой проволоки, покрытой слоем платиновой черни, находящийся в атмосфере водорода под давлением 1,01310⁵Па (1 атм) и погруженный в раствор с активностью ионов Н⁺равной 1,0 моль/дм³. В соответствии с международным соглашением потенциал такого электрода условно принят за нуль при любых температурах.

Таким образом, для измерения электродного потенциала необходимо собрать гальванический элемент, состоящий из исследуемого электрода (всегда записывают справа) и стандартного водородного электрода (всегда записывают слева). Например, для цинкового электрода

Э.д.с.такого гальванического элемента, называютстандартным электродным потенциалом если измерения проводят при стандартных условиях (активности всех компонентов равны 1,00 моль/дм³, Т = 298 К)

.

Уравнение Нернста. Потенциал электрода зависит от состава электролита и температуры в соответствии с уравнением Нернста:

где φ – потенциал в Вольтах, φ^о-стандартный электродный потенциал; a_ок, a_вос– активности потенциалопределяющих ионов в окисленном и восстановленном состоянии; n – число электронов, принимающих участие в данной электродной реакции; F = 96480 Кл/моль (постоянная Фарадея);R- универсальная газовая постоянная; Т – температура, К.

При Т = 298 К для металлических электродов уравнение Нернста имеет вид: