Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. Электрохимия изучает окислительно-восстановительные процессы




Электрохимия изучает окислительно-восстановительные процессы, которые идут под воздействием постоянного электрического тока либо сами являются его источником. Для проведения электрохимического процесса необходима электро-литическая ячейка, электролит, электроды и либо источник, либо потребитель постоянного тока.

Электродный потенциал

Известно, что в узлах кристаллической решетки металла расположены ион-атомы, находящиеся в равновесии со свободными электронами, движущимися по молекулярным орбиталям: Меn+×n ⇄ Меn+ + n . При контакте металличес-кой пластины (электрода) с раствором электролита полярные молекулы воды, ориентируясь относительно поверхностных узлов кристаллической решетки электрода, отрывают катионы металла и в гидратированном виде переносят их в раствор. Валентные электроны этого катиона остаются в металле, заряжая пластину отрицательно, а раствор электролита при этом заряжается положительно. По мере перехода ионов металла в электролит увеличивается как отрицательный заряд электрода, так и положительный заряд электролита, при этом со временем возникает и обратный переход их на металл. В итоге устанав-ливается равновесие

Меn+×n + mH2O ⇄ Ме(H2O)mn+ + n

Состояние равновесия зависит как от активности металла, так и от концен-трации его ионов в растворе. На границе раздела металл/раствор возникает двойной электрический слой (ЭДС) (рис.1).

Выделяют два случая (для активных и малоактивных металлов):

1. активные металлы при погружении в растворы своих солей, даже незначительных концентраций, легко посылают ионы в раствор:

Znо – 2ē ® Zn2+ электрод/р-р электролита

Электроны остаются на пластинке и заряжают ее отрицательно «–», ионы же цинка, перешедшие в раствор соли, заряжают жидкость вокруг пластинки положительно «+». На границе раздела металлической пластинки (электрода) с раствором электролита, таким образом, возникает двойной электрический слой толщиной около 10–7 см. Его можно рассматривать как плоский конденсатор.

2 малоактивные металлы, наоборот: их катионы легче переходят на пластинку металла, при этом наблюдается восстановление металла

Сu2+ + 2ē → Cuо.

 

 

       

Р и с. 1. Двойной электрический слой

В результате этого медная пластинка заряжается положительно, а раствор соли вокруг пластинки из-за избытка анионов заряжается отрицательно. И в этом случае тоже образуется двойной электрический слой с определенной разностью потенциалов.

Между металлом и раствором возникает разность потенциалов, которая называется электродным потенциалом φ. Абсолютное значение электродного по-тенциала определить невозможно, однако можно определить разность элек-тродных потенциалов исследуемого металла и электрода сравнения. Самым распространенным электродом сравнения является водородный электрод, значение электродного потенциала которого в стандартных условиях принято равным нулю. Водородный электрод устроен следующим образом (рис. 2).

Платиновая пластинка помещается в 1M раствор серной кислоты. Снизу в раствор подается водород, который насыщает платину. При этом на ее поверхнос-

 

 

 

 

Р и с. 2. Схема водородного электрода

 

ности устанавливается равновесие

Н2 ⇄ 2Н и Н ⇄ Н+ + .

Ввиду химической пассивности платины в данных условиях возникший электродный потенциал относится к водороду и обозначается φ0+2 = 0,0В.

Для определения значения потенциала металла собирают гальванический элемент из водородного электрода и испытуемого металла, погруженного в 1М раствор его соли. Разница электродных потенциалов двойного электрического слоя или, что то же самое, электродных потенциалов испытуемого металла и водородного электрода при температуре 25°С, атмосферном давлении, концент-рации ионов металла 1 моль-ион/л (стандартные условия) принимается за элек-тродный потенциал испытуемого металла. Например, для цинкового электро-да: φоZn2+/Znо = -0,76В (табл.5). Электродный потенциал является мерой хими-ческой активности металла, т.е. паспортной характеристикой. Выстроенные в по-рядке возрастания стандартных значений φо металлы образуют «ряд напряже-ний», который часто называют рядом активности металлов. Этот ряд обладает следующими свойствами.

1. Чем меньше электродный потенциал металла, тем активнее металл и больше его восстановительная способность.

2. Металлы, имеющие отрицательный электродный потенциал и стоящие в ряду напряжений до водорода, вытесняют его из разбавленных растворов кислот, кроме азотной кислоты.

3. Каждый металл способен вытеснять (восстанавливать) из растворов солей

Таблица 5

Стандартные электродные потенциалы φ0 некоторых металлов (ряд напряжений)

Электрод φ0, В Электрод φ0, В
Li+/Li -3,045 Cr3+/Cr -0,74
Rb+/Rb -2,925 Fe2+/Fe -0,44
K+/K -2,924 Cd2+/Cd -0,403
Cs+/Cs -2,923 Co2+/Co -0,277
Ba2+/Ba -2,90 Ni2+/Ni -0,25
Ca2+/Ca -2,87 Sn2+/Sn -0,136
Na+/Na -2,714 Pb2+/Pb -0,126
Mg2+/Mg -2,37 Fe3+/Fe -0,037
Al3+/Al -1,70 2H+/H2 -0,000
Ti3+/Ti -1,603 Sb3+/Sb +0,20
Zr4+/Zr -1,58 Bi3+/Bi +0,215
Mn2+/Mn -1,18 Cu2+/Cu +0,34
V2+/V -1,18 Cu+/Cu +0,52
Cr2+/Cr -0,913 Hg22+/2Hg +0,79
Zn2+/Zn -0,763 Ag+/Ag +0,80
Cr3+/Cr -0,74 Hg2+/Hg +0,85
Fe2+/Fe -0,44 Pt2+/Pt +1,19
Cr3+/Cr -0,74 Au+3/Au +1,50
Fe2+/Fe -0,44 Au+/Au +1,70

 

те металлы, которые в ряду напряжений стоят после него. Например, железо вытесняет медь из раствора хлорида меди:

Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu,

а медь вытесняет ртуть из раствора ее соли, например, нитрата ртути:

Cu + Hg(NO3)2 = Hg + Cu(NO3)2.

Для условий, отличных от стандартных по концентрации раствора, величина электродного потенциала рассчитывается по формуле Нернста:

φ = φ0 + lgCм,

где φ0 – стандартный потенциал, В; n – число электронов, принимающих участие в процессе; Cм – концентрация ионов металла в растворе, моль/л.

 




Читайте также:
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...
Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (561)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.004 сек.)