|
|
ОглавлениеХимическая термодинамика. Термохимия Осмотическое давление растворов Давление пара разбавленных растворов неэлектролитов. Первый закон Рауля Температура кипения и замерзания растворов Свойства растворов сильных электролитов Электрическая проводимость растворов электролитов Электродные потенциалы и электродвижущая сила (ЭДС) Поверхностные явления и адсорбция Коллоидные системы и их свойства. Коагуляция коллоидов Растворы высокомолекулярных соединений и их свойства Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуЭлектродные потенциалы и электродвижущая сила (ЭДС)Гальванический элемент – прибор, в котором энергия химической реакции преобразуется в электрический ток. Гальванический элемент состоит из двух (как минимум) электродов и электролитического проводника между ними. Например: медно-цинковый гальванический элемент схематически записывается так: Сu | CuSO41/2KCl1/2ZnSO41/2Zn Электролитический проводник включают в цепь для устранения диффузионного потенциала, который возникает на границе электродных электролитов, либо за счет различной подвижности ионов, либо за счет разницы концентраций. При этом электролитический проводник должен удовлетворять следующим требованиям: 1) электролит должен быть сильным; 2) концентрация электролита должна быть высокой; 3) электролитические подвижности ионов электролита должны иметь близкие значения (lk ~ la); 4) не должен образовывать труднорастворимое соединение с электродными растворами. В электроде на границе металл–раствор возникает двойной электрический слой с определенной величиной электрического потенциала. Величину электродного потенциала для электродов первого рода рассчитывают по уравнению Нернста: где ε (эпсилон) – электродный потенциал; ε0 – стандартный электродный потенциал; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура в К; n – заряд катиона; F – число Фарадея; акатиона – активность катионов металла в растворе. Уравнение Нернста можно использовать при определении активности ионов в растворе или коэффициента активности, если известна величина электродного потенциала, поскольку a = C · fa, где а – активность ионов в растворе сильного электролита; С – аналитическая концентрация; fa – коэффициент активности. Электроды первого рода представляют собой систему, состоящую из металлической пластинки, находящейся в растворе соли с катионом того же металла. Например: Cu | CuSO4, Zn | ZnSO4, Ag | AgNО3. Для электродов второго рода (они состоят из металлической пластинки, покрытой слоем труднорастворимой соли этого металла и погруженной в раствор легкорастворимой соли с тем же анионом, что и в труднорастворимой соли) уравнение Нернста приобретает вид: где ааниона – активность аниона в растворе. Примером электродов II рода являются хлорсеребряный электрод Ag | AgCl, KCl (насыщ. р-р) и каломельный электрод Hg | Hg2Cl2, KCl (насыщ. р-р). Окислительно-восстановительные электроды представляют собой инертный металл, опущенный в раствор, содержащий окисленную и восстановленную формы какого-либо металла. Уравнение Нернста-Петерса для данных электродов имеет вид: ε = εов + RT/nF × lg aox/ared, где aox – активность окисленного иона, ared – активность восстановленного иона. Электродвижущая сила гальванического элемента, или ЭДС, равна разности потенциалов электродов, составляющих данную цепь: E = ε1 – ε2, где Е – ЭДС гальванического элемента; ε1 – потенциал первого (левого) электрода; ε2 – потенциал второго (правого) электрода. Пример 1. Вычислить потенциал свинцового электрода, если aPb2+ = 1,4 · 10–2 моль/л, Решение: По уравнению Нернста Ответ: 0,18 В. Пример 2. Вычислить потенциал каломельного электрода, если ε0кал = = 0,338 B, aCl– = 0,15 моль/л. Решение: По уравнению Нернста Пример 3. Вычислить ЭДС водородно-цинковой цепи при условии, что aH+ = 0,1 моль/л, aZn2+ = 0,01 моль/л, ε0H+ = 0 B, ε0Zn2+ = –0,76 B. Решение: Так как = [0,0577(–1)] – [–0,76 + 0,0288(–2) = 0,76 B. Пример 4. Вычислить коэффициент активности ионов кадмия в 0,01 М растворе сульфата кадмия, если ЭДС составленного из кадмиевого и каломельного электродов гальванического элемента равна 0,119 В, потенциал каломельного электрода равен 0,250 В. Решение: Пример 5. Определить знак электрода. Определить, какой из электродов отрицательный, какой положительный в гальваническом элементе, образованном нормальными электродами Al/Al3+ и Zn/Zn2+. Решение: Так как в ряду напряжений алюминий стоит впереди цинка (с левой стороны), то алюминий более сильный восстановитель, чем цинк. Поэтому электрод Al/Al3+ отрицательный, а электрод Zn/Zn2+ положительный. Пример 6. Определение реакции, протекающей в гальваническом элементе. Определить, какие электродные процессы протекают в гальваническом элементе, образованном электродами Ni/Ni2+ и Cu/Cu2+. Решение: По ряду напряжений находим, что электрод Ni/Ni2+ отрицательный, а электрод Cu/Cu2+ положительный. В реакции, протекающей в рассматриваемом элементе, никель является восстановителем, а ионы Cu2+ – окислителем. Следовательно, у никелевого электрода Ni – 2e = Ni2+; у медного электрода Cu2+ + 2e = Cu. Внимание! Авторские права на книгу "Физическая и коллоидная химия. Задачи и упражнения. Учебное пособие" (Под ред. Белопухова С.Л.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
