И.А. Сраго, Г.С. Зенин

ХИМИЯ

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Санкт-Петербург

2005

Основы электрохимия

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

И.А. Сраго, Г.С. Зенин

ХИМИЯ

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Санкт-Петербург

2005

Основы электрохимия

Утверждено редакционно-издательским cоветом университета УДК 628.33

И.А. Сраго, Г.С. Зенин ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ: Учеб. пособие. - СПб.:

СЗТУ, 2005. - 45 с.

Настоящее учебное пособие продолжает серию брошюр по химии, предназначенных для студентов всех специальностей и направлений подготовки. Учебное пособие разработано в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования.

Учебное пособие предназначено для студентов 1 курса очно-заочной, заочной и вечерней форм обучения.

В учебном пособии содержится материал, посвященный гальваническим элементам, электродным потенциалам и электролизу.

Рецензенты: кафедра неорганической химии СПбГУ (М.Ю. Скрипкин, канд. хим. наук, доц.); доцент кафедры физической химии СПбТИ(ТУ) канд. хим. наук, Изотова С. Г.

©Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2005

©И.А. Сраго, Г.С. Зенин

3

Основы электрохимия

ВВЕДЕНИЕ

При изучении окислительно-восстановительных реакций (ОВР) было введено понятие «степень окисления» (СО). Напомним его.

Степенью окисления называется формальный заряд атома в веществе, рассчитанный, исходя из предположения, что все полярные связи имеют чисто ионный характер.

Для того, чтобы практически использовать это понятие, приходится руководствоваться некоторым набором правил, предполагая, что атомы некоторых элементов в соединениях всегда имеют одну и ту же СО (например, щелочные и щелочноземельные металлы +1 и +2 соответственно, и т.д.).

Окислительно-восстановительными называются химические реакции, в

ходе которых происходит изменение степеней окисления атомов.

Однако, естественно, должен возникнуть вопрос об осмысленности и содержательности этой характеристики, тем более такой формальной. Как правило, в рамках изучения ОВР она используется исключительно для подбора стехиометрических коэффициентов. Несомненно, однако, что этот способ – не единственный, да и вообще отыскание стехиометрических коэффициентов – слишком частный вопрос химии для того, чтобы только ради этого вводить новое понятие.

С другой стороны, изменение СО принято связывать с переносом электронов от восстановителя к окислителю.

Вспомним простую, хорошо известную ОВР

Zn +CuSO4 = ZnSO4 +Cu .

Как принято считать, здесь происходят следующие изменения:

Zn −2e=Zn2+ Cu2+ + 2e =Cu0.

Иначе говоря, изменение формальной величины связывают с вполне реальным процессом. Но такое весьма сильное утверждение требует доказательства.

Мы приступаем к изучению основ электрохимии – науки, изучающей растворы электролитов и явления, связанные с прохождением тока через растворы электролитов.

Один из разделов электрохимии посвящен, во-первых, доказательству участия электронов в ОВР, и, во-вторых, выяснению вопросов о направлении про-

4

Основы электрохимия

текания ОВР. Действительно, как установить, в каком направлении (справа налево или слева направо) самопроизвольно протекает вышеприведенная реакция или, например, более сложная

6K4 Fe(CN)6 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 = Cr2 (SO4 )3 + 6K3 Fe(CN)6 + 4K2SO4 + 7H2O.

Следует обратить внимание на слово «самопроизвольно» в предыдущем предложении. Дело заключается в том, что в ряде случаев существует возможность «повернуть ОВР вспять», вынудить ее протекать в направлении, противоположном естественному. Этими вопросами занимается еще один раздел электрохимии. В нем также изучается возможность влияния на скорость ОВР не только путем изменения концентраций реагентов и температуры, но и иными способами.

В предлагаемом учебном пособии будут рассмотрены два этих раздела. Предполагается, что читатели знакомы с вопросами, связанными с ОВР и реакциями ионного обмена в растворах электролитов.

5