90. Гальванический элемент. Принципы его работы

91. Уравнение Нернста

Если любой металл (Al, Fe) опустить в воду, то часть ионов металла с поверхности перейдет в воду.

Me⁰-2e=Me⁴⁺

На поверхности раздела фаз возникает двойной электрический слой, обладающий определенным значением электронного потенциала.

Скорость растворения у разных металлов разная.

Если металл опускать раствор своей соли, то получится следующее:

1. д ля активных металлов (стоящие до водорода) наблюдается та же картина: пластина заряжена отрицательно, часть ионов переходит в воду.

G_раств<0

Энергия гидротации больше, чем работа выхода ионов на поверхности металла.

^Zn0-2e=Zn²⁺

восст. окисл.

2. для металлов за водородом, энергетически более выгоден следующий процесс: ионы металла из раствора внедряются в кристаллическую структуру металла, заряжая его положительно.

^Cu2++2e=Cu⁰

В обоих случаях на границах раздела фаз возникает электронный потенциал. Его величина зависит от:

1. природы металла

2. концентрации раствора

3. температуры

Влияние этих факторов описывается уравнением Нернста:

восстановительную форму одного и того же элемента.

^ – статический электронный потенциал

₌^+(RT/nF)*ln

F – число фарадея; n – число электронов, участвующих в токообразующем процессе

[окисл] – концентрация окислительной формы

[окисл]

[восст]

92. Эдс гальванического элемента

ЭДС гальванического элемента вычисляют, используя стандартные электродные потенциалы полуреакций.

ЭДС = потенциал катода – потенциал анода

Меньший потенциал имеет анод.

93. Расчет энергии Гиббса реакции исходя из значения эдс

Энергия Гиббса как и ЭДС определяет протекание самопроизвольных процессов. Таким образом изменение энергии Гиббса пропорционально ЭДС, взятой со знаком минус. Тогда получаем: dG=-nFE (стр.376)

94. Электролиз

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита. Сущность электролиза состоит в осуществлении за счет электрической энергии химических реакций – восстановление на катоде и окисление на аноде. При этом катод отдает электроны катионам, а анод принимает электроны от анионов. При проведении электролиза электроды погружают в расплав или раствор электролита и соединяют их с источником постоянного тока. Прибор, в котором проводят электролиз, называют электролизером или электролитической ванной.

95. Электролиз расплавов и растворов

Расплавленные соли, как правило, являются хорошими электролитами благодаря высоким концентрациям ионов. Состояние ионов не осложнено взаимодействием с молекулами растворителя, как это имеет места в водных растворах. Для проведения электролиза в расплав погружают электроды. Обычно используют инертные электроды (из графита, платины или других благородных металлов). Несмотря на то, что оба электрода погружены в расплав одной и той де соли, стремятся изолировать катодное пространство от анодного для того, чтобы исключить взаимодействие продуктов электролиза, выделяющихся на разных электродах. Это достигается либо за счет разделения католита и анолита с помощью мембраны, либо за счет специальных конструкций электролизеров. К электродам подключают внешний источник постоянного тока. Окислительно-восстановительная реакция протекает, когда к электродам подведено напряжение. Тот электрод, к которому присоединен отрицательный полюс внешнего источника тока, становится катодом (к нему притягиваются катионы), а другой электрод, присоединенный к положительному полюсу, становится анодом (к нему притягиваются анионы).

Электролиз водных растворов солей. Он имеет свои особенности, так как вода не только влияет на состояние ионов в растворах, но и сама может участвовать в процессах на электродах. Вода содержит ионы, которые могут восстанавливаться (ионы водорода) и окисляться (ионы кислорода). Поэтому возможно разложение воды при электролизе. Учитывая знак энергии Гиббса (больше нуля) можно заключить, что такой процесс не является самопроизвольными, для его осуществления требуется выполнить работу. Однако вода диссоциирует на ионы, и концентрация каждого из этих ионов в чистой воде при 25 градусах составляет лишь 10^-7М. По причине низкой концентрации ионов в электродных процессах могут участвовать непосредственно молекулы воды. Но из-за низкой концентрации ионов чистая вода является плохим проводником эл.тока и ее электролиз практически не происходит. В воду необходимо добавлять вещества, распадающиеся на ионы и увеличивающие электропроводность жидкой среды.