29.Гальванические элементы. Теория гальванических элементов.

Концентрационные и окислительно-восстановительные гальванические элементы. Химические источники тока.

Устройства, которые применяют для непосредственного преоб­разования энергии химической реакции в электрическую энергию, называются гальваническими элементами. Их назы­вают также химическими источниками электриче­ской энергии (сокращенно ХИЭЭ) или химическими источни­ками тока. Действие любого гальванического элемента основано на проте­кании в нем окислительно-восстановительной реакции. В простей­шем случае гальванический элемент состоит из двух пластин или стержней, изготовленных из различных металлов и погруженных в раствор электролита. Такая система делает возможным про­странственное разделение окислительно-восстановительной реак­ции: окисление протекает на одном металле, а восстановление—на другом. Таким образом, электроны передаются от восстанови-, теля к окислителю по внешней цепи. Рассмотрим в качестве примера медно-цинковый гальваниче­ский элемент, работающий за счет энергии приведенной выше ре­акции между цинком и сульфатом меди. Этот элемент (элемент Якоби — Даниэля) состоит из медной пластины, погру­женной в раствор сульфата меди (медный электрод), и цинковой пластины, погруженной в раствор сульфата цинка (цинковый электрод). Оба раствора соприкасаются друг с другом, но для предупреждения смешивания они разделены перегородкой, изго­товленной из пористого материала.

Направление движения ионов в растворе обусловлено проте­кающими у электродов электрохимическими процессами. Как уже сказано, у цинкового электрода катионы выходят в раствор, созда­вая в нем избыточный положительный заряд, а у медного элек­трода раствор, наоборот, все время обедняется катионами, так что здесь раствор заряжается отрицательно. В результате этого соз­дается электрическое поле, в котором катионы, находящиеся в растворе (Сu²⁺ и Zn²⁺), движутся от цинкового электрода к мед­ному, а анионы SO4— в обратном направлении. В итоге жид­кость у обоих электродов остается электро нейтральной.

30.Электролиз расплавов растворов. Правила электролиза с инертным анодом. Электролиз раствора с растворимым анодом.

Электролизом называется совокупность процессов, происходящих при прохождении постоянного электри­ческого тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.

Примером электролиза может служить электролиз расплава хлорида магния. При прохождении тока через расплав MgCl катионы магния под действием электрического поля движутся к отрицательному электроду. Здесь, взаимодействуя с приходящими по внешней цепи электронами, они восстанавливаются M_g2+ ₊ 2е~ = Mg Анионы хлора перемещаются к положительному электроду и, отдавая избыточные электроны, окисляются. При этом первичным процессом является собственно электрохимическая стадия — окис­ление ионов хлора 2Сl = 2Сl + 2e а вторичным — связывание образующихся атомов хлора в моле­кулы: 2С1 = С1₂ Складывая уравнения процессов, протекающих у электродов, получим суммарное уравнение окислительно-восстановительной ре­акции, происходящей при электролизе расплава MgCl:

Mg²⁺ + 2Сl= Mg + Cl₂ Эта реакция не может протекать самопроизвольно; энергия, не­обходимая для ее осуществления, поступает от внешнего источника тока.

На инертном аноде при электролизе водных растворов щелочей, кислородсодержащих кислот и их солей, а также фтороводорода и фторидов происходит электрохимическое окисление воды с выделением кислорода. В зависимости от рН раствора этот процесс протекает по-разному и может быть записан различными уравнениями.

В случае активного анода число конкурирующих окис­лительных процессов возрастает до трех: электрохимическое окис­ление воды с выделением кислорода, разряд аниона (т. е. его окисление) и электрохимическое окисление металла анода (так называемое анодное растворение металла).