Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тверской Государственный Технический Университет

Кафедра «Биотехнологии и Химии»

Методические указания к практикуму по физической химии

Лабораторная работа №31

«Определение чисел переноса в растворе серной кислоты»

Тверь, 2006 г

Теоретическая часть.

1. Основные понятия. Законы Фарадея.

Взаимное превращение электрической и химической форм энергии происходит в электрохимических системах, состоящих из следующих частей (рис.1, а, б): 1) проводники второго рода (I) – вещества, обладающие ионной проводимостью – электролиты; 2) проводники первого рода (II,III) – вещества, обладающие электронной проводимостью, находящиеся в контакте с электролитом. На границе раздела двух фаз (I – II u I - III) происходит перенос электрического заряда, т.е. протекает электрохимическая реакция. Такая система, а также входящий в нее проводник первого рода, называется электродом. Проводники (IV) – внешняя цепь – обеспечивают прохождение тока между электродами.

По направлению процесса взаимного превращения электрической и химической форм энергии различают две группы электрохимических систем.

При электролизе за счет внешней электрической энергии в системе возникают химические превращения (рис. 1, а).

На границе I-II электрод отдает электроны, полученные от внешнего источника тока, участникам реакции – идет процесс восстановления, например, катионов . На границе I – III в результате реакции окисления, например, анионов электроны освобождаются и поступают во внешнюю цепь IV. В химическом источнике электрического тока – гальваническом элементе – энергия химического процесса переходит в электрическую (рис.1, б). на границе I – III идет процесс окисления, например анионов A^Z-, в результате которого освобождаются электроны. Последние поступают через внешнюю цепь к границе I – II, на которой происходит реакция восстановления, например, катионов K^Z+. Таким образом, в обоих случаях обеспечивается протекание электрического тока в цепи.

В электрохимии реакции восстановления принято называть катодными, окисления – анодными. В соответствии с характером реакций, протекающих на электродах, их называют катодом или анодом.

При протекании постоянного электрического тока через электрохимические системы на электродах возникают электрохимические реакции, причем соотношение между количеством электричества и массами прореагировавшего веществ выражается законами Фарадея.

1-ый закон. Масса т вещества, претерпевшего химическое превращение под действием электрического тока, пропорциональна количеству протекающего электричества q:

где k_э – электрохимический эквивалент – масса прореагировавшего вещества при протекании единицы количества электричества, г/Кл; г/А ч.

2-ой закон. При прохождении через различные электролиты одного и того же количества электричества массы различных веществ, участвующих в электродных реакциях, пропорциональны их молярным массам эквивалентов (М_экв):

: m₂:m₃ = М_{экв 1}: М_{экв 2}: М_{экв 3} (1)

Из второго закона следует, что для электрохимического превращения 1 моль–экв любого вещества требуется одинаковое количество электричества F , называемое постоянной фарадея. Оно составляет 96 485 Кл/моль–экв, или А ч/моль-экв.

Уравнение, объединяющее оба закона Фарадея:

, (2)

где M – молярная масса вещества; I – сила тока; t – время процесса; z – число электронов, участвующих в электрохимической реакции.