- •Электрохимия
- •1. Предмет электрохимии
- •2. Электрохимическии ряд напряжений
- •3. Стандартные электродные потенциалы
- •4. Гальванические элементы
- •Металл 1 | Раствор электролита | Металл 2
- •5. Уравнение электродного потенциала
- •6. Электролиз. Привципиальные различия гальванического элемента и электролизера
- •7. Электролиз в водном растворе
- •8. Законы электролиза
2. Электрохимическии ряд напряжений
Химический характер какого-либо металла в значительной степени обусловлен тем, насколько легко он окисляется, т.е. насколько легко его атомы способны переходить в состояние положительных ионов.
СЛ.
2 (0)
Металлы,
которые проявляют легкую способность
окисляться, называются неблагородными.
Металлы,
которые окисляются с большим трудом,
называются благородными.
СЛ.
2 (1)
Например:
Неблагородные металлы: натрий Nа,
алюминий Аl,
железо Fе.
Благородные металлы: медь Сu,
серебро Аg,
золото Аu.
Если
расположить металлы по уменьшению их
способности к окислению (т, е. по уменьшению
тенденции их нейтральных атомов
переходить в положительные ионы —
катионы), то получится СЛ.
2 (2)
электрохимический
ряд напряжений:
Тенденция перехода в состояние катионов -------------------------------------------------------------------------------- |
|
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Cr, Zn, Fe |
Cd, Co, Ni, Sn, Pb, [H] Cu, Ag, Pt, Au |
неблагородные металлы (химически активные) |
благородные металлы |
СЛ.
2 (3)
Каждый
металл вытесняет из растворов солей
все другие металлы, стоящие правее его
в электрохимическом ряду напряжений.
П р и м е р. На цинковой пластинке, погруженной в раствор сульфата меди(II), осаждается медь, а цинк переходит в раствор:
СЛ.
3 (0)
Zn
+ СuSО4
= ZnSO4
+ Сu
или Zn
+ Cu2+
Zn+2+
Cu
Следовательно,
протекает окислительно-восстановительная
реакция,
в
которой цинк окисляется, а катионы
меди(II)
восстанавливаются: (1)
Zn
– 2e
Zn2+,
Cu2+
+2e
Cu.
Неблагородный металл — цинк переходит в раствор в виде ионов Zn2+, а благородный металл — медь, который в исходном растворе находился в форме ионов Cu2+, осаждается в свободном виде.
Подобные реакции всегда протекают, если менее благородный металл погружают в раствор соли более благородного металла, т.е. если менее благородный металл находится в форме простого вещества, а более благородный металл — в форме катионов. При этом первый металл окисляется, а второй — восстанавливается. В приведенном выше примере неблагородный металл — цинк является восстановителем, а ион благородного металла — Cu2+ — окислителем. Будет ли конкретный металл (или соответственно его катион) восстановителем или окислителем, зависит от положения в электрохимическом ряду напряжений его партнера по реакции.
Например: Медь по отношению к катионам серебра (I) является восстановителем:
СЛ.
3 (2)
Cu
+ 2Ag+
Cu2+
+ 2Ag,
а катионы меди(II)
по отношению к железу — окислителем:
(3)
Cu2+
+ Fе
= Сu
+ Fе2+
(4)
Обобщая
сказанное выше, можно утверждать: атом
металла будет восстановителем по
отношению к катиону другого металла,
который находится правее его в ряду
напряжений, катион металла будет
окислителем по отношению к атому другого
металла, который находится левее его в
ряду напряжений.
В
электрохимический ряд напряжений
включен водород, так как он подобно
металлам, может существовать в виде
катионов Н+(H3O+).
Хотя водород — неметалл, все правила,
описанные для металлов, применимы и по
отношению к водороду: (5)
все
металлы, которые в электрохимическом
ряду напряжений стоят левее водорода,
вытесняют водород из разбавленных
кислот.
П р и м е р ы.
Zn + 2Н3О+ = Zn2+ + Н2 + 2Н2О
Сu + Н3О+ = (нет реакции)
Вышеприведенное
правило определяет поведение металлов
в окислительно-восстановительных
реакциях: СЛ.
4 (0)
все
металлы, которые в электрохимическом
ряду напряжений стоят слева от водорода,
действуют на катионы водорода как
восстановители.
На положении водорода в ряду напряжений основано практическое деление кислотных реактивов на кислоты-неокислители и кислоты-окислители.
СЛ.
1 (1)
Кислоты-неокислители
в водном растворе вступают в реакцию
только с неблагородными металлами и
только за счет катионов водорода,
например:
Мg + 2НСl = МgCl2 + H2 или Mg + 2H+ = Mg2+ + H2.
СЛ.
1 (2)
Кислоты-окислители
в водном растворе реагируют со всеми
неблагородными и некоторыми благородными
металлами только за счет центрального
атома кислотного остатка, водород при
этом не выделяется, например:
2А1 + 6Н2SО4(конц.) = А12(SО4)3 + 3SО2 + 6Н2О
2А1 + 12Н+ + 3SО42-= 2А13+ + 3SО42- + 6Н2О
Из благородных металлов только платина Рt и золото Аu ни при каких условиях (концентрация, нагревание) не реагируют с кислотами-окислителями, кроме царской водки.