12. Электрохимия fishki net Гальванический элемент



Дата31.01.2018
өлшемі14,63 Kb.
#36334

12. Электрохимия

  • fishki.net

Гальванический элемент

  • Zn0 + Cu+2SO4 = Zn+2SO4 + Cu0
  • Zn0 + Cu+2 = Zn+2 + Cu0
    • Zn0 – 2е = Zn+2
  • Cu+2 + 2е = Cu0

Термины электрохимии

  • Гальванический элемент – устройство, в котором осуществляется превращение энергии химической ОВР в электрическую энергию.
  • Электроды – это металлические или графитовые объекты (обычно стержни или пластины), на которых происходит окисление или восстановление.
  • Катод – электрод, на котором происходит восстановление.
  • Анод – электрод, на котором происходит окисление.
  • Примеры гальванических элементов

Электродный потенциал

  • М  Mn+ + ne
  • Электродный потенциал разность потенциалов, возникающая между металлом и раствором его соли.
  • Стандартный электродный потенциал E0разность потенциалов между системой металл/раствор соли металла и стандартным водородным электродом, измеренная в стандартных условиях (р = 1 атм, Т = 25оС, концентрации всех ионов 1 М).

Стандартные электродные потенциалы

  • Для полуреакций в форме восстановления: Mn+ + ne  M
  • Характеризуют окислительную способность Mn+ (восстановительную способность М)

Электрохимический ряд напряжений металлов (ряд активности металлов)

  • - металлы в порядке возрастания их Е0 (уменьшения их восстановительной способности в водных растворах):
  • Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Pt Au
  • Что можно извлечь из него
  • Изменение восстановительной способности при переходе к раствору

Окислительно-восстановительный потенциал

  • - характеристика любой ОВ системы в водном растворе:
  • Ох + ne  Red
  • MnO4- + 8H+ + 5e  Mn2+ + 4H2O Е0 = 1,51 В
  • Cl2 + 2e  2Cl- Е0 = 1,36 В
  • SO42- + 4H2O + 2e  SО32- + 2OH- Е0 = -0,75 В
  • Чем выше Е0, тем сильнее окислитель и слабее восстановитель.

ЭДС

  • Электродвижущая сила (ЭДС) процесса складывается из потенциалов полуреакций:
  • Е = Е1 + Е2.
  • Е > 0 гальванический элемент G < 0
  • Е < 0 электролитическая ячейка G > 0
  • Zn0 + Cu+2 = Zn+2 + Cu0
  • Zn0 – 2е = Zn+2 Е01 = Е0(Zn2+/Zn) = -(-0,764) = 0,764 B
  • Cu+2 + 2е = Cu0 E02 = E0(Cu2+/Cu) = 0,345 B
  • Е = Е01 + Е02 = 0,764 + 0,345 = 1,109 В.

ЭДС и свободная энергия Гиббса

  • G = –nFЕ
  • 2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2
  • MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O 2 1,51 B
  • 2Cl- 2e = Cl2 5 -1,36 B
  • Е = Е1 + Е2 = 1,51 + (-1,36) = 0,15 В
  • n = 25 = 10
  • G0298 = –10965000,15 = -144750 Дж  -145 кДж

Потенциалы последовательных полуреакций

  • Cu2++ e = Cu+ (1)
  • Cu+ + e = Cu (2)
  • Cu2+ + 2e = Cu (3) = (1) + (2)
  • G3 = G1 + G2
  • –n3FЕ3 = –n1FЕ1 –n2FЕ2
  • Е3 = =
  • Е3  Е1 + Е2 !

Уравнение Нернста

  • Ох + ne  Red
  • G = G0298 + RT ln K =
  • G0298 + RT ln
  • G = - nFE  E = - G/nF
  • E = E0 + = E0 +
  • При Т = 298 К: Е = Е0 +
  • MnO4- + 8H+ + 5e  Mn2+ + 4H2O
  • Е = Е0 +
  • www.calend.ru

Концентрационный элемент

  • Cu2+ + 2e = Cu
  • СuSO4 1M E1 = E0 = 0,345 B
  • CuSO4 0,001 M E2 = 0,345 + = 0,257 B
  • E = E1 – E2 = 0,345 – 0,257 = 0,088 B
  • СuSO4 0,001 M, Т = 25оС E1 = 0,257 B
  • CuSO4 0,001 М, Т = 100оС
  • Е2 = 0,345 + = 0,297 В
  • E = E2 – E1 = 0,297 – 0,257 = 0,040 B
  • Термопара

Электролиз

  • – это ОВ процесс, протекающий при пропускании электрического тока через раствор или расплав электролита.

Электролиз расплавов

  • LiH = Li+ + H-
  • К: Li+ + e = Li 2
  • А: 2H- - 2e = H2 1
  • Сумма процессов: 2Li+ + 2H- = 2Li + H2
  • Итоговое уравнение: 2LiH = 2Li + H2
  • Rb2CO3 = 2Rb+ + CO32-
  • К: Rb+ + e = Rb 4
  • А: 2CO32- - 4e = 2CO2 + O2 1
  • Сумма процессов: 4Rb+ + 2CO32- = 4Rb + 2CO2 + O2
  • Итоговое уравнение: 2Rb2CO3 = 4Rb + 2CO2 + O2

Электролиз растворов

  • К: 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН-
  • Мn+ + ne = M
  • А: 2Н2О – 4е = О2 + 4Н+
  • Anm- – me = An
  • СuCl2 NaCl K2SO4 Zn(NO3)2
  • раф.Cu

Напряжение разложения

  • Напряжение разложения электролита – это минимальная разность потенциалов между электродами, при котором начинает протекать электролиз.
  • Еразл = – Е
  • CuCl2 (p-p) = Cu + Cl2 Еразл = 1,014 В
  • FeCl2 (p-p) = Fe + Cl2 Еразл = 1,832 В
  • Можно ли подобрать такое напряжение, чтобы выделялась 1) только Сu, 2) только Fe?

Закон Фарадея

  • I – сила тока в амперах,
  • t – время в секундах,
  • nчисло электронов, участвующих в электродном процессе,
  • F – число Фарадея = 96500 Кл/моль
  • http://www.izobret.ru

Электролиз раствора CuCl2

  • Диссоциация: CuCl2 = Cu2+ + 2Cl-
  • Катод:
  • Сu2+ + 2e = Cu
  • Анод:
  • 2Сl- - 2e = Cl2
  • Итог:
  • CuCl2 = Cu + Cl2
  • http://fizika.ayp.ru

Электролиз раствора NaCl

  • Диссоциация:
  • NaCl = Na+ + Cl-
  • Катод:
  • 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН-
  • Анод:
  • 2Сl- - 2e = Cl2
  • Итог:
  • NaCl + 2H2O =
  • H2 + Cl2 + NaOH
  • www.varson.ru

Электролиз раствора K2SO4

  • Диссоциация: K2SO4 = 2K+ + SO42-
  • Катод: 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН- 2
  • Анод: 2Н2О – 4е = О2 + 4Н+ 1
  • Сумма: 6H2O = О2 + 2H2 + 4OH- + 4Н+ 4Н2О
  • Итог: 2H2O = 2H2 + О2

Электролиз раствора Zn(NO3)2

  • Диссоциация: Zn(NO3)2 = Zn2+ + 2NO3-
  • Катод: 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН- 2
  • Анод: 2Н2О – 4е = О2 + 4Н+ 1
  • Сумма: 6H2O = О2 + 2H2 + 4OH- + 4Н+ 4Н2О
  • Итог: 2H2O = 2H2 + О2
  • Катод: Zn2+ + 2e = Zn 2
  • Анод: 2Н2О – 4е = О2 + 4Н+ 1
  • Сумма: 2Zn2+ + 2H2O = 2Zn + О2 + 4Н+
  • Итог: 2Zn(NO3)2 + 2H2O = 2Zn + О2 + 4HNO3
  • Zn(NO3)2 + 2H2O = Zn + H2 + O2 + 2HNO3 !!!

Электролитическое рафинирование меди

  • Диссоциация: CuSO4 = Cu2+ + SO42-
  • Катод: Cu2+ + 2e = Cu
  • Анод: Сu – 2e = Cu2+
  • http://ens.tpu.ru

Восстановительная способность в водном растворе

  • М  Mn+ + ne

СЛЕВА – БОЛЕЕ СИЛЬНЫЕ ВОССТАНОВИТЕЛИ, ЧЕМ СПРАВА

  • Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Pt Au
  • В чем это проявляется?

Таблица Е0 металлов

Свинцовый аккумулятор

  • Т.Браун, Г.Ю.Лемей. Химия в центре наук.
  • А: Pb + HSO4- – 2e = PbSO4 + H+
  • К: PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e = PbSO4 + 2H2O
  • Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
  • U = 12 В
  • (6 элементов по 2 В)
  • Электролит – H2SO4
  • Катод – PbO2
  • Анод – губчатый Pb
  • ukrsplav.com.ua

Никель-кадмиевый аккумулятор

  • А: Cd + 2OH- – 2e = Cd(OH)2
  • К: NiOOH + H2O + e = Ni(OH)2 + OH-
  • Cd + 2NiOOH + 2H2O = Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2
  • U = 1,5 В
  • Электролит – КОН
  • Катод – NiOOH с графитом
  • Анод – губчатый Cd c Fe
  • www.megaplaneta.ru

Сухой элемент (батарейка)

  • А: Zn + 4NH4+ – 2e = [Zn(NH3)4]2+ + 4H+
  • К: MnO2 + H+ + e = MnOOH
  • Zn + 4NH4Cl + 2MnO2 = [Zn(NH3)4]Cl2 + 2MnOOH + 2HCl
  • U = 1,5 В
  • Электролит – влажная паста из MnO2, NH4Cl и угля
  • Катод – графит (стержень) или MnO2
  • Анод – Zn (оболочка батарейки)
  • Т.Браун, Г.Ю.Лемей. Химия в центре наук.
  • www.10-top.ru

Стандартный водородный электрод

  • ½ Н2  Н+ + е
  • р = 1 атм
  • Т = 25оС
  • С = 1 М

Катодные процессы

Анодные процессы

  • Растворимый (активный) анод:
  • М – ne = Mn+
  • Нерастворимый (инертный) анод:
  • 2RCOO- – 2e = R-R + 2CO2

Батарейки

Аккумуляторы


Каталог: wp-content -> uploads
uploads -> Сәлім меңдібаев армысың, алтын таң! Журналист жазбалары Қостанай – 2013 ж
uploads -> Реферат kz Қазақша рефераттар сайты Талғат Амангелдіұлы Мұсабаев Қазақстанның ұлттық ғарыш агенттігінің төрағасы. Ғарышкер, техника ғылымдарының докторы
uploads -> Қазақ тілі мен латын тілі кафедрасы Қазақ Әдебиеті пәні бойынша әдістемелік өҢдеу мамандығы: Фельдшер Мейірбике ісі Стамотология Курс: І семестрі: ІІ
uploads -> Ф 7 –007-02 Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
uploads -> 2011 жылдың 14 мамырында «Жалпы гигиена және экология», «Эпидемиология» кафедрасының ұйымдастыруымен және «Студенттік басқару ұйымының» ұйымдастыруымен Д. Е
uploads -> Мазмұны Кіріспе–––––––––––––––––––––––– 3-9
uploads -> Дәріс №1 Тақырыбы: Саясаттану ғылым және оқу пәні ретінде
uploads -> Реферат kz Қазақша рефераттар сайты Жердегі сұлулықтың мекені
uploads -> Реферат kz Қазақша рефераттар сайты Жердегі сұлулықтың мекені
uploads -> Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі


Достарыңызбен бөлісу:




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет