11. Гальванические элементы. Элемент Даниэля-Якоби. Основные типы и области практического использования гальванических элементов.

Гальванический элемент (ГЭ) - это прибор, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую. Возьмем два сосуда. В один из них, содержащий раствор ZnSO₄ опустим цинковый электрод, в другой, содержащий раствор CuSO₄ - медный электрод. Состояние равновесия для обоих электродов выражается уравнением:

Zn Zn²⁺ + 2 ē (2); Cu Cu²⁺ + 2 ē (3).

Способность отдавать ионы в раствор у Zn больше, чем у Cu, поэтому концентрация электронов на цинковом электроде больше. Если соединить электроды внешним проводником, а растворы солей электролитическим мостиком, то электроны с цинка будут переходить на медь. Этот переход нарушит равновесие (2) и (3). Происходящие процессы выражаются уравнениями:

Zn⁰ – 2 ē → Zn²⁺ - процесс окисления (протекает на аноде);

Cu²⁺ + 2 ē → Cu⁰ - процесс восстановления (протекает на катоде).

Анодом является металл с более низким значением электродного потенциала.

Суммарно: Zn⁰ + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu⁰

Электродвижущая сила (ЭДС) ГЭ равна разности электродных потенциалов между катодом и анодом.

Гальванические элементы применяют гл. обр. для питания переносной аппаратуры (напр., транзисторных радиоприемников) и поэтому изготавливают преим. с невыливающимся электролитом (загущенным или твердым). В отличие от аккумуляторов, гальванические элементы не нуждаются в особом уходе при эксплуатации.

11. Электролиз расплава соли. Основные понятия. Потенциал разложения. Перенапряжение.

Электролиз - окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании постоянного тока через систему, включающую электролит.

Расплавы

1) Активные металлы

1.Соль активного металла и бескислородной кислоты

NaCl ↔ Na⁺ + Cl⁻

K"катод"(-): Na⁺ + 1e = Na⁰

A"анод"(+): Cl⁻ — 1e = Cl⁰; Cl⁰+Cl⁰=Cl₂

Вывод: 2NaCl → (электролиз) 2Na + Cl₂

2.Соль активного металла и кислородосодержащей кислоты

Na₂SO₄↔2Na⁺+SO₄²⁻

K(-): 2Na⁺ +2e =2Na⁰

A(+): 2SO₄²⁻ −4e =2SO₃+O₂

Вывод: 2Na₂SO₄ → (электролиз) 4Na + 2SO₃ + O₂

3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион

NaOH ↔ Na⁺ + OH⁻

K(-): Na⁺ +1e =Na⁰

A(+): 4OH⁻ −4e =2H₂O + O₂

Вывод: 4NaOH → (электролиз) 4Na + 2H₂O + O₂

2) Менее активные металлы

Точно так же

3) Неактивные металлы

Точно так же

Минимальный потенциал (В), при котором процесс электролиза становится возможным, называется потенциалом (напряжением) разложения. Его находят вычитанием электродного потенциала катиона из соответствующего значения электродного потенциала аниона, единица измерения Вольт (В).

Перенапряжение (ПОЛЯРИЗАЦИЯ) в электрохимии, отклонение значения электродного потенциала от равновесного при пропускании электрич. тока. Величина поляризации зависит от плотности тока i, т.е. силы тока, отнесенной к единице поверхности электрода, и обычно тем больше, чем больше i. При одном и том же значении i поляризация зависит от природы электрода и типа протекающей на его поверхности реакцции, состава раствора, температуры и др. факторов и может колебаться от долей мВ до неск. В. Знак поляризации зависит от направления протекания тока и при изменении направления меняется на обратный.