Потенциалы, возникающие на металлах, погруженных в растворы собственных солей, называются электродными потенциалами.

Для расчета величины электродного потенциала (е), Нернстом было предложено уравнение:

e = eo + RT ln a Met n+

nF

e - электродный потенциал , В

Т – абсолютная температура, К.

R = 8,313 Дж/моль

F – число Фарадея ( 96485 кулонов/моль)

n – зараяд катиона.

eо - стандартный (нормальный) электродный потенциал, В.

Он возникает на металле, погруженном в раствор собственной соли, с активностью катионов в растворе 1 моль/л.

a Met n+ - активность катионов металла (эффективная концентрация).

Однако, для расчетов основных физико-химических величин, приведенная форма уравнения неудобна. С учетом величин всех постоянных и при температуре 25оС (298К), используют уравнение:

e = eo + 0,059 lg a Met n+

n

Анализ уравнения показывает, что величина и знак электродного потенциала зависит от соотношения величин слагаемых этого уравнения: активности ионов металла (lg a Met n+ ) и от его природы (eo).

Для того чтобы, можно было сравнить электродные потенциалы, возникающие в различных электродах, необходимо выбрать точку отсчета. За такую точку приняли потенциал водородного электрода, величину которого считают равной 0. На основе этого, построен ряд стандартных электродных потенциалов металлов (ряд активности металлов):

 

Li К Са Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Li+ K+ Ca2++ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Hg2+ Ag+ Pt2+ Au3+

 


-3,01 -2,92 - 2,87 -2,71 -2,37 -1,66 -0,76 -0,44 -0,14 -0,13 0 +0,34 +0,79 +0,80 +1,2 +1,5В.

Убывание восстановительной активности металлов

Анализируя ряд стандартных электродных потенциалов, можно сделать следующие выводы:

1. У металлов, стоящих в начале ряда (активные металлы), преобладает процессрастворения, т.е. окисления металла. Металл, погруженный в раствор соли заряжается отрицательно.

2. У металлов, стоящих в конце ряда, преобладает процесс осаждения на металлическую пластинку, т.е. восстановления из раствора. Металл, погруженный в раствор соли заряжается положительно.

3. Любой более активный металл, погруженный в раствор своей соли, приобретает меньший по величине потенциал по сравнению с менее активным металлом.

 

8.5. Гальванические элементы

Гальванические элементы – это системы, состоящие из двух электродов, в которых энергия химических реакций превращается в электрическую энергию.

Различают 2 вида гальванических элементов:

Биметаллические элементы – системы, состоящие из двух различных электродов.

Примером такого гальванического элемента является медно-цинковый гальванический элемент (Якоби-Даниэля). В соответствии с рядом напряжений металлов цинк зарядится отрицательно, а медь положительно. При замыкании внешней цепи, в ней возникнет электрический ток, причем электроны с цинковой пластинки будут переходить на медный электрод, присоединяясь к осаждающимся на нем катионам меди. Таким образом, цинковый электрод будет анодом, т.к. на нем проходит процесс окисления цинка, а медный электрод будет катодом, т.к. на нем происходит восстановление меди. Растворы ZnSO4 и CuSO4 связаны «солевым мостиком». Солевой мостик – это стеклянная U-образная трубочка, наполненная агар-агаром, набухшим в насыщенном растворе КСl .

Каждая электродная пара имеет три характеристики:

Схема элемента: Zn/ Zn2+ // Cu/ Cu2+

Солевой мостик в схеме имеет условное обозначение - две наклонных черты.

Химическая реакция, протекающая в нем:

Анод: Zn – 2ē → Zn2+ - процесс окисления

Катод: Cu2+ + 2ē → Cu - процесс восстановления.

Zn + Cu2+ → Zn2+ +Cu - суммарная химическая реакция.

ЭДС любого элемента – это разность электродных потенциалов катода и анода:

Е = ек - еа = е Cu/ Cu2+ - е Zn/ Zn2+

Используем уравнение Нернста для расчета электродных потенциалов (n=2):

Е= (ео Cu/ Cu2+ + 0,059 lg a Cu+2 ) - (ео Zn/ Zn2+ + 0,059 lg a Zn+2 )

n n

Преобразуем полученное уравнение, учитывая выражение для стандартной ЭДС:

Е0= еоCu/ Cu2+ - ео Zn/ Zn2+

Получим уравнение для расчета ЭДС гальванического элемента:

E = Е0 + 0,059 lg aCu+2

n aZn+2

Изометаллические (концентрационные) элементы – это системы, состоящие из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы одинаковых солей, но разной концентрации. Как было показано выше, при мѐньшей концентрации соли преобладает процесс окисления металла (по правилу Ле-Шателье), а при бóльшей концентрации соли растворе преобладает процесс восстановления катионов металла из раствора: первый электрод будет анодом, а второй электрод будет катодом.

Характеристики элемента:

1. Схема элемента:

Анод Ag/ Ag+(C1) // Ag/ Ag+(C2) Катод

С1 ˃ С2

2. Электродная химическая реакция:

Анод: Ag – ē → Ag+ - процесс окисления

Катод: Ag+ + ē → Ag - процесс восстановления

Ag +Ag+ → Ag+ + Ag - суммарная реакция

3. Расчет ЭДС элемента с учетом уравнения Нернста:

Е = ек - еа

еAg/Ag+ = еоAg/Ag+ + 0,059 lg aAg+

n

Пренебрегая коэффициентом активности (f) при расчете эффективной концентрации (активности) ионов Ag+ (aAg+) и учитывая, что n = 1, получим уравнение для расчета ЭДС изометаллического элемента:

Е = 0,059 lg С1 / С2








Дата добавления: 2016-03-15; просмотров: 3167;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.014 сек.