Гальванический элемент
Химические процессы, которые сопровождаются возникновением электрического тока или сами вызываются им, называют электрохимическими. Все электрохимические процессы можно разделить на две группы: 1) Процессы превращения химической энергии в электрическую (в гальванических элементах) 2) Процессы превращения электрической энергии в химическую (электролиз). Гальванический элемент – это устройство, в котором на основе окислительно-восстановительных реакций получают электрический ток, т.е. химическая энергия реакции превращается в энергию электрического тока. В качестве примера рассмотрим гальванический элемент Даниэля – Якоби (медно-цинковый гальванический элемент).
Гальванический элемент Даниэля – Якоби А) с изолированными растворами Б) с растворами, соприкасающимися друг с другом Элемент состоит из цинковой пластинки, опущенной в раствор сульфата цинка, и медной пластинки, опущенной в раствор сульфата меди (II). Растворы солей соединены между собой трубочкой, заполненной раствором KCl (так называемый электролитический ключ) если находятся в разных сосудах (А) или разделены пористой перегородкой, если находятся в одном сосуде (Б). Система, состоящая из металла, погруженного в раствор или расплав электролита, называется электродом. На электроде из цинка, который погружен в раствор соли сульфата цинка, происходит окисление атомов цинка в ионы (растворение цинка): Zn – 2 e → Zn 2+ При этом электроны поступают во внешнюю цепь. Цинк является источником электронов. На медном электроде, погруженном в раствор сульфата меди, происходит восстановление ионов меди, которые осаждаются на электроде: Cu 2+ + 2 e → Cu Электрод, на котором протекает процесс окисления – анод (А), а на котором протекает процесс восстановления – катод (К). Схема гальванического элемента следующая: А (-) Zn │ Zn 2+ ││ Cu 2+ │ Cu (+) К Одна вертикальная черта означает границу между электродом и раствором, две вертикальные линии – границу между растворами, в скобках указываются знаки полюсов, причем анод записывается слева, а катод справа. Суммарное уравнение получим, сложив оба уравнения: А (-):Zn – 2e → Zn2+ 2 1 К (+) Cu 2+ + 2 e → Cu 2 1 Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu В молекулярной форме: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu Между электродами в гальваническом элементе существует разность потенциалов, которая называется электродвижущей силой гальванического элемента (ЭДС). Рассчитывается по следующей формуле: ЭДС = Екатода - Еанода, где Екатода, Еанода электродные потенциалы катода и анода соответственно. В гальваническом элементе Вольта электроды помещаются в кислоту, например А (-) Zn│ Н2 SO4 │ Cu (+) К.На аноде идет окисление Ме, а на катоде восстанавливаются ионы водорода: А (-):Zn – 2e → Zn2+ К (+)2Н+ + 2e → Н2 Гальванический элемент, составленный из одинаковых Ме, контактирующих с растворами солей разной концентрации, называется концентрационным. Анод – электрод, опущенный в раствор своей соли с меньшей концентрацией, катод – с большей концентрацией. Пример. Гальванический элемент состоит из висмутового и медного, электродов, опущенных в растворы своих солей с концентрациями ионов C = 0,001 моль/л, С = 0,01 моль/л. Вычислите ЭДС гальванического элемента, составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов. Так как концентрации ионов в растворах не являются стандартной величиной, определим электродные потенциалы металлов по уравнению Нернста: Висмут в данном случае имеет меньший электродный потенциал и является анодом (А), медь имеет больший электродный потенциал и является катодом (К). Электродвижущая сила данного элемента равна: . Запишем электронные уравнения электродных процессов А: Bi - 3ē ® Bi3+ 2 6 K: Cu2+ + 2ē ® Cu 3 т.е. висмут, являясь анодом, растворяется при работе гальванического элемента, а медь осаждается в виде металла на катоде. Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента имеет вид: 2Bi + 3Cu2+ ® 2Bi3+ + 3 Cu Схема данного гальванического элемента будет следующая: А (-) Bi / Bi3+ ïï Cu2+/Cu (+) K
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (247)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |