Гальванические
элементы
Химические
источники
тока
гальванические
элементы
•Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.
ЭДС гальванического элемента зависит от материала электродов
Cхема гальванического элемента
|
- Zn ZnSO4 |
CuSO4 |
Cu |
+ |
|
|
|
Анод |
|
|
Катод |
|
|
А |
окисление |
Zn˚ - 2e |
Zn+2 |
Е˚= -0,76 В |
в-ль |
|
К |
восстановление |
Cu+2 + 2e |
Cu˚ |
Е˚= +0,34 В |
ок-ль |
|
ЕОВР = Е˚ок - Е˚в-ля = 0,34 – (-0,76) > 0
ЭДС
Токообразующая реакция:
Σ Zn˚ + Cu+2 → Zn+2 + Cu˚
∆G˚обр = -nFE,
где n – число электронов, участвующих в ОВР реакции
Мерой работоспособности ГЭ элемента
является ЭДС или разность потенциалов электродов:
ЕГЭ Екатода Еанода ;
если Е0 |
2 |
/ Zn |
0,76 B ; E0 |
2 |
/ Cu |
0,34, |
|
Zn |
|
0 Екат0 |
Cu |
|
|
||
|
ЕГЭ |
. Еан0 . |
|
|
|
||
то, ЕГЭ 0,34 ( 0,76) 1,1 B |
|
|
|
|
|
||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
в растворах с концентрацией С |
|||||
ДС ГЭ элемента в растворах с концентрацией С = 1 |
|||||||||||||
E 2 |
|
Е0 |
2 |
|
|
0,059 lg С |
|
|
2 |
||||
|
Zn |
|
/ Zn |
Zn |
|
/ Zn |
|
z |
|
|
Zn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
E |
|
2 |
|
Е0 |
2 |
|
|
0,059 lgС |
|
|
2 |
||
Cu |
|
/ Cu |
Cu |
|
/ Cu |
|
z |
|
Cu |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
EГЭ 1,1 0,059 lg |
СCu2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
СZn2 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
Типы гальванических элементов
Обратимые гальванические элементы –
гальванические элементы, в которых прямая (токообразующая реакция) и обратная (потребление электрической энергии) представляют собой одну и ту же взаимообратимую реакцию.
Необратимые гальванические элементы
– гальванические элементы, в которых прямая токообразующая реакция не соответствует обратной реакции потребления электрической энергии.
Концентрационные
гальванические элементы
Концентрационные гальванические элементы – это необратимые гальванические элементы, в которых источником энергии является работа выравнивания концентраций
в- системе
Zn|ZnSO4||ZnSO4|Zn
Анод С1 <С2
E |
Zn |
2 |
/ Zn |
E 0 |
2 |
/ Zn |
|
|
Zn |
|
|||
E |
Zn |
2 |
/ Zn |
E 0 |
2 |
/ Zn |
|
|
Zn |
|
0,059 |
lg C |
Zn |
2 (C |
2 |
) |
z |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0,059 |
lg C |
Zn |
2 (C |
1 |
) |
z |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
E ГЭ |
|
0,059 |
lg |
C 2 |
|
z |
C1 |
||||
|
|
|
Окислительно-восстановительный электрод
Схема |
|
Электродная реакция |
электрода |
ОК + ze- ВОС |
|
Pt |
ок, вос |
Fe3+ + e- Fe2+ |
Pt |
Fe3+, Fe2+ |
|
Pt в электродной реакции не участвует, с ее помощью передаются электроны
Уравнение Нернста
для окислительно-восстановительного электрода
Необратимые гальванические
элементы
-гальванические элементы, в которых не может протекать взаимообратимая реакция, то есть прямая токообразующая реакция не соответствует обратной реакции потребления химической энергии.
•Прямой процесс
-Zn|CuSO4||CuSO4|Cu+ Zn0-2e→Zn2+ Cu2++2e→Cu0
•Обратный процесс
Cu2++2e→cu0
Cu0-2e→Cu2+
•Потребление тока E2 ≠ -E1
Электрический аккумулятор
— химический источник тока многоразового действия (в отличие от гальванического элемента, химические реакции, непосредственно превращаемые в
электрическуюСвинцовыйэнергиюаккумуляторв них, многократно обратимы).