1.6.3. Газовые электроды

Газовый электрод представляет собой систему, состоящую из инертного металлического проводника, погруженного в раствор, насыщенный газом под давлением P_i и содержащий ионы, одноименные с данным газом. Инертный металл не принимает участия в электродной реакции, а только служит носителем газа и приемником или источником электронов.

К газовым электродам относятся, например, водородный электрод, который состоит из платиновой пластины, опущенной в раствор, содержащий ионы водорода (кислота), насыщенный газообразным водородом под парциальным давлением :

H⁺│H₂│Pt (14. 61)

В водородном электроде протекает реакция:

2H⁺ + 2e^- ↔ H₂,

которой отвечает следующее уравнение для электродного потенциала:

. (14. 62)

При разработке шкалы стандартных электродных потенциалов для водородного электрода было принято стандартное состояние, при котором ;1 атм. Стандартный потенциал водородного электродав этих условиях принят равным 0 (нулю), а уравнение (14.62) тогда может быть записано следующим образом:

. (14.63)

1.6.4. Окислительно-восстановительные электроды

Электроды, в потенциалопределяющих реакциях которых не участвуют простые вещества (газы, металлы), называются окислительно-восстановительными (редокси-электроды). Они состоят из инертного вещества с электронной проводимостью ( например, платины), погруженного в раствор, содержащий вещества с различной степенью окисления (Red – восстанавливаемая форма, Ox – окисленная форма вещества). Инертный металл в этих системах обменивается электронами с участниками окислительно-восстановительной реакции и принимает определенный потенциал при установлении равновесия. В общем виде схема электрода и уравнение потенциалопределяющей реакции записываются следующим образом:

Ox, Red /Pt;

(14.64)

Ox + ne^- ↔ Red,

например:

Sn⁴⁺ + 2e^- ↔ Sn²⁺ . (14.65)

1.6.5. Ионно-селективные электроды

Ионоселективные (ионообменные) электроды состоят из вещества (ионитов или стекол специального состава), способного к обмену с ионами определенного вида, и раствора, содержащего эти ионы. Потенциал на границе раздела фаз возникает за счет ионообменных процессов между ионами щелочного металла, например, Na⁺, содержащиеся в стекле, и ионами H⁺, находящимися в растворе:

Na⁺_стекл. + H⁺_{раствор} ↔ Na⁺_{раствор} + H⁺_стекл. (14.66)

Величина потенциала определяется активностями ионов в растворе и величиной константы равновесия данной реакции обмена.

2. Экспериментальная часть

2.1. Содержание работы

1. Определение потенциалов отдельных электродов с помощью

хлорсеребряного электрода с известным потенциалом.

2. Расчет потенциалов электродов.

3. Составление гальванических элементов и определение их ЭДС.

4. Расчет ЭДС гальванических элементов.

2.2. Порядок выполнения работы

В настоящей лабораторной работе исследуются цинк-медный или кадмий-медный гальванические элементы и определяются потенциалы электродов, из которых они составлены, при различной концентрации, а, следовательно, активности растворов электролитов (по заданию преподавателя).

Лабораторную работу начинают с подготовки полуэлементов. Металлические электроды (медные и цинковые, в одном случае; медные и кадмиевые, в другом) предварительно зачищают мелкой наждачной бумагой на выдвижном столике лабораторного стола. Для электродов разной природы используются разные листочки наждачной бумаги. Затем электроды промывают дистиллированной водой, обтирают чистой фильтровальной бумагой и помещают в стеклянные сосуды с боковыми патрубками, в которые предварительно почти до верха наливают соответствующие растворы электролитов различной концентрации (CuSO₄ и ZnSO₄, в одном случае; CuSO₄ и CdSO₄, в другом). Концентрация растворов электролитов указана на сосудах с этими реактивами (моляльность – m).

Из таблицы стандартных потенциалов (табл. П. 14.1) необходимо выписать значения стандартных электродных потенциалов для тех электродов, которые исследуются в работе по заданию преподавателя. Эти значения укажут знак электродного потенциала, что позволит правильно записать гальванические элементы (см. раздел 1.2, стр. 114) и измерять их ЭДС.