Классификация электродов
Электроды классифицируют по химической природе веществ, участвующих в электродном процессе. В электродах первого рода восстановленной формой является металл электрода, а окисленной формой – ионы этого металла. Как правило, электроды первого рода обратимы по катиону (т.е. их потенциал является функцией активности катиона). Примерами электрода первого рода являются электроды элемента Даниэля-Якоби:
,
.
Если в электродных процессах участвуют чистые твердые или жидкие вещества, то их активности равны единице. Общее уравнение для электродов I рода имеет вид:
. (7)
К электродам первого рода относятся амальгамные электроды, в которых восстановленной формой является – сплав металла с ртутью (элемент Вестона) Cd2+ + 2e = Cd(Hg): .
Электроды второго рода состоят из металла, покрытого слоем его труднорастворимой соли, погруженного в раствор, содержащий анионы этой соли. Окисленной формой является труднорастворимая соль, а восстановленной – металл и анион соли. Электроды второго рода обратимы по аниону (т.е. их потенциал является функцией активности аниона). Примерами электродов второго рода являются следующие широко распространенные электроды сравнения: - хлоридсеребряный электрод (обозначается Ag│AgCl│Cl-); электродная реакция AgCl + e = Ag + Cl-,
.
- каломельный электрод (обозначается Hg│Hg2Cl2│Cl-); электродная реакция Hg2Cl2 + 2e = 2Hg + 2Cl-,
Общий вид уравнения Нернста для электродов II рода:
(8)
Окислительно-восстановительные, или редокс-электроды состоят из инертного металла, который не участвует в реакции, а является переносчиком электронов между окисленной и восстановленной формами вещества. Одним из лучших материалов для реализации окислительно-восстановительного равновесия является платина, в качестве же реагента можно взять, например, хингидрон. Это эквимолярная смесь хинона С6Н402 и гидрохинона С6Н4(ОН)2, между которыми в водном растворе в присутствии платины устанавливается электрохимическое равновесие: С6Н4О2 +2 Н30+ + 2е = С6Н4(ОН)2 + 2 Н2О. Потенциал, устанавливающийся на Pt-электроде при рН < 8.5, определяется лишь активностью ионов гидроксония:
(9)
поскольку активности хинона и гидрохинона примерно равны, а активность воды близка к единице. Стандартный потенциал хингидронного электрода Е0хг при 298 К составляет 0,699 В. К окислительно-восстановительным электродам относятся газовые электроды. Газовый электрод состоит из инертного металла, к которому попадает газ, участвующий в электродном процессе. Восстановленной формой является газ, а окисленной – ионы в растворе. Наиболее известным примером газового электрода является водородный электрод. Его записывают в виде: Pt│H2│H+; электродная реакция: 2Н+ + 2е = Н2; уравнение для определения потенциала:
(10)
Если два раствора разделены физической границей конечной толщины, обладающей избирательной пропускной способностью по отношению к частицам различного сорта, то такая граница является мембраной. На основе полупроницаемых мембран, обладающих повышенной избирательностью к определенным ионам, созданы ионселективные электроды. С определенным допущением к ионселективным электродам с твердой мембраной относят стеклянный электрод, селективный по отношению к ионам Н3О+. Как показывает теоретический анализ, если рН < 12, то потенциал стеклянного электрода описывается формулой:
(11)
В этом выражении Е'ст является константой для данного электрода, т.к. зависит от сорта стекла, типа электрода сравнения и ряда иных факторов. Хингидронный, водородный и стеклянный электроды часто применяют для определения рН растворов. Примеры решения задач Пример 1. Вычислить электродный потенциал медного электрода в растворе, содержащем 1,6 г CuSO4 в 200 мл раствора при 298 К. Кажущаяся степень диссоциации соли в растворе равна 0,4. Решение: Находим молярную концентрация CuSO4. с(CuSO4) = ν(CuSO4) / Vр-ра = m(CuSO4) / M(CuSO4)∙Vр-ра = = 1,6г / 160г/моль∙0,2л = 0,05моль/л. Концентрация потенциалопределяющих ионов Cu2+ будет равна: c(Сu2+) = α∙ с(CuSO4) =0,4∙0,05моль/л = 0,02моль/л. Из справочника находим значение стандартного электродного потенциала: Е0(Cu2+/Cu) = 0,34В. По уравнению Нернста рассчитываем электродный потенциал: Е(Cu2+/Cu) =0,34В + 2,3∙8,31(Дж/мольК)∙298К∙lg0,02моль/л / 2∙96500Кл/моль = 0,37 В. Ответ: 0,37 В.
Пример 2. Вычислить ЭДС медно-цинкового элемента при 298К, в котором концентрация ионов меди 0,0002 моль/л, а ионов цинка – 0,5 моль/л, gCu2+ = 1, gZn2+ = 0,4. Решение: Вычисляем ЭДС , где аi » Сi∙gi. Значения стандартных электродных потенциалов находим в справочнике: Е0(Cu2+/Cu) = 0,34В; Е0(Zn2+/Zn) = -0,76В, отсюда: Ответ: 1,01В.
Пример 3. При 298К ЭДС гальванического элемента, составленного из нормального водородного электрода и хингидронного электрода, приготовленного на основе исследуемого раствора, равна 0,2864В. Вычислить рН исследуемого раствора. Решение: По уравнению (1.28) для Т = 298 К имеем: рН = (Е0х.г – Ех.г) / 0,059 = (0,6994В – 0,2864В) / 0,059 = 7. Значение Е0х.г. = 0,6994 В взято из справочника. Ответ: 7.
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1601)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |