Основы электрохимии
Превращение химической энергии в электрическую. Процесс отдачи и присоединения электронов. Восстановители и окислители. Возможность самопроизвольного протекания окислительно-восстановительных реакций, знак энергии Гиббса. Химические источники тока.
Рубрика | Химия |
Вид | лабораторная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 13.02.2016 |
Размер файла | 54,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лабораторная работа
Основы электрохимии
Опорные понятия темы «Основы электрохимии»
Бестоковые окислительно-восстановительные процессы:
G0 < 0
Окислитель + восстановитель продукты: .
; bB + dD > lL + mM;
ЭДС = ЭДС0 + .
Ме
;
Химические источники тока (превращение химической энергии в электрическую)
Необратимые (гальванические и топливные элементы):
Zn0 + Cu2+ Zn2+ + Cu0; ЭДС0 = ;
восст. окисл.
U = ЭДС0 - IR - ДЕполяр.; ДЕполяр. = Дца + (-Дцк);
Дцэлектр. = а + blg i.
Обратимые (аккумуляторы):
Pb + PbO2 + 2H2SO4 2 PbSO4 +2 H2O;
Fe + 2 Ni(OH)3 Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2.
Электролиз (превращение электрической энергии в химическую):
Катод (-) Анод (+)
; полож. ионы ; ; отриц. ионы
Uэл. = ЭДС0 + Eполяр. + I (Rl + R0);
mтеор = бэл · I . t; A/zF = бэл = mтеор при Q = 1 Кл;
F = 96500 Кл . моль-1; F = 26,8 А . г . моль-1.
Окислительно-восстановительные процессы. Процесс отдачи электронов, т. е. повышения степени окисления, называется окислением; элемент, отдающий электроны - восстановитель.
Процесс присоединения электронов, т. е. понижения степени окисления, называется восстановлением; элемент, присоединяющий электроны - окислитель.
Окисление:
Ме0 - z > Мez+ . (6.1)
восстановитель
Восстановление:
2Н+ + 2 > Н. (6.2)
окислитель
Важнейшие восстановители: металлы (Al, Zn, Mg); водород (Н2); углерод (С); анионы: I, S2-; ионы металлов: Sn2+, Fe2+.
Важнейшие окислители: галогены (F2, Cl2 ...); O2, S, P; анионы: Cr2O, NO, MnO, ClO; оксиды: Cl2O7, MnO2, N2O4; катионы: Fe3+, Mn4+.
В роли окислителей и восстановителей в зависимости от условий среды выступают анионы SO, NO, молекулы Н2О2.
Окислительно-восстановительные реакции - реакции, при которых вследствие окисления и восстановления происходит изменение степеней окисления элементов.
Возможность самопроизвольного протекания окислительно-восстановительных реакций определяется знаком энергии Гиббса.
В общем виде окислительно-восстановительную реакцию записывают следующим образом:
Ох + z Red ; (6.3)
(6.4)
где - стандартный окислительно-восстановительный потен-циал при ; - активности соответственно окис-лителя и восстановителя.
Рассмотрим реакцию
2KMnO4+5NaNO2+3H2SO4 >2MnSO4+5NaNO3+K2SO4+3H2O; (6.5)
MnO + 5 + 8H+ > Mn2+ + 4H2O; (6.6)
окисл.
NO - 2 + H2O > NO + 2 H+; (6.7)
восст.
, (6.8)
(6.9)
окисл. > восст.; G < 0.
Значит, эта реакция протекает самопроизвольно.
Рассмотренная выше реакция, протекающая в кислой среде (рН<7), при изменении рН среды сопровождается образованием совершенно иных продуктов (при рН 7 образуется MnO2 бурого цвета, при рН > 7 MnO переходит в MnO, где ион марганца шестивалентен). В ряде случаев окислительно-восстановительные реакции протекают без участия ионов и молекул воды.
Химические источники тока. При погружении металла в раствор его собственной соли устанавливается равновесие
Ме Меz+ + z,
которое характеризуется электродным потенциалом , определяющим меру окислительно-восстановительной способности металла в растворе электролита (уравнение Нернста)
(6.10)
где величина 0,059 В относится к Т = 298 К.
Для измерения электродного потенциала металла, опущенного в растворы с определенной концентрацией его соли, используют электроды сравнения, электродный потенциал которых постоянен и не меняется при изменении поляризации.
В качестве электрода сравнения используют следующие (приводятся токообразующие реакции):
хлорсеребряный электрод:
AgCl + Ag + Cl;
каломельный электрод:
Hg2Cl2 + 2 2Hg + 2Cl;
ртутно-оксидный электрод:
Hg2O + 2 + H2O 2Hg + 2OH.
Для хлорсеребряного электрода потенциал при 298 К равен 0,202 В (раствор KCl насыщ.).
Электродвижущая сила (ЭДС) составит:
ЭДС = цокисл - цвосст = . (6.11)
Электролиз. Электролизом называются окислительно-восстановительные процессы, происходящие раздельно на электродах при протекании через раствор или расплав электролита электрического тока. В электролизере имеется два типа электродов: катод (), подключенный к отрицательному полюсу источника тока, и анод (+), подключенный соответственно к положительному полюсу.
Электролиз подчиняется закону Фарадея:
, (6.12)
где m - количество вещества, выделяющегося на электродах; I - ток, А; - время, с; Эхим. - химический эквивалент; F - число Фарадея (96500 Кл.моль-1).
Отношение Эхим./F - электрохимический эквивалент, масса вещества, выделяющегося на электродах при пропускании 1 кулона электричества.
Выход по току (ВТ) - отношение mпракт. на электроде к mтеор. по закону Фарадея
. (6.13)
Кинетика электродных процессов. При прохождении тока электродные потенциалы анода сдвигаются в область более положительных значений (анодная поляризация), а катода - в область более отрицательных значений (катодная поляризация).
Величина сдвига потенциала от равновесного значения - перенапряжение .
Поэтому напряжение электролизера всегда больше равновесного значения электродвижущей силы и включает значение поляризации на электродах, омического падения напряжения в электролите I·r1 и в проводниках первого рода I·r2
U = ЭДСравн. + поляр. + I (r1 + r2). (6.14)
Плотность тока i = I/S (A/см2).
Потенциал катода при плотности тока i составляет
iк = равн. - к. (6.15)
Потенциал анода при плотности тока i составляет
ia = равн. + а. (6.16)
Причиной сдвига потенциала от равновесного значения (перенапряжение) является концентрационная (конц.), химическая (х), электрохимическая (Дэл.х) поляризация:
конц.() = , (6.17)
где с1 - концентрация у электрода; с2 - концентрация в глубине раствора.
Химическая поляризация обусловлена протеканием вторичных химических процессов окисления, солеобразования на электродах.
Электрохимическая поляризация эл.х - замедленность электродной реакции окисления или восстановления.
На катоде в первую очередь протекает процесс восстановления катиона, которому соответствует наиболее положительное значение электродного потенциала.
На аноде в первую очередь протекает процесс окисления материала анода, анионов, которые обладают наиболее отрицательной величиной электродных потенциалов.
При электролизе водного раствора щелочи NaOH к катоду подходят ионы Na+, H2O; к аноду - анионы ОН.
Сравнивая электродные потенциалы для катиона Na+ ( = - 2,714 B) и иона водорода (= -0,059 рН, а в щелочной среде (рН=14) = -0,82 В), перенапряжение выделения водорода на свинце в растворе NaOH (1,56 В), определим потенциал водородного электрода = -0,82 - 1,56 = -2,38 В.
Сравнивая значения = -2,714 В и = -2,38 В, можно установить, что на катоде восстанавливается вода по реакции
2Н2О + 2 = Н2 + 2ОН , (6.18)
а на аноде окисляются гидроксид-ионы
4ОН - 4 = 2Н2О + О2 . (6.19)
Потенциалы этих процессов во многом зависят от парциальных давлений газов
(6.20)
(рН<7)
. (6.21)
(pH 7)
окислитель восстановитель химический электрон
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Важнейшие окислители и восстановители. Cоставление уравнений окислительно-восстановительных реакций и подбор стехиометрических коэффициентов. Влияние различных факторов на протекание реакций. Окислительно-восстановительный эквивалент, сущность закона.
лекция [72,5 K], добавлен 22.04.2013Важнейшие окислители и восстановители. Правила определения CO. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций и подбор стехиометрических коэффициентов. Влияние различных факторов на протекание ОВР. Электрохимический ряд напряжений металлов.
презентация [72,4 K], добавлен 11.08.2013Положения теории окислительно-восстановительных реакций. Важнейшие окислители и восстановители. Кислородсодержащие соли элементов. Гидриды металлов. Метод электронного баланса. Особенности метода полуреакций. Частное уравнение восстановления ионов.
презентация [219,3 K], добавлен 20.11.2013Понятие окисления и восстановления. Типичные восстановители и окислители. Методы электронного и электронно-ионного баланса. Восстановление металлов из оксидов. Химические источники тока. Окислительно-восстановительные и стандартные электродные потенциалы.
лекция [589,6 K], добавлен 18.10.2013Окислительно-восстановительные реакции, при которых происходит процесс переноса электронов от одних атомов к другим. Направление самопроизвольного протекания реакций. Виды потенциалов и механизмы их возникновения, а также ряд напряжений металлов.
презентация [104,9 K], добавлен 18.05.2014Сущность и виды окисления - химических реакций присоединения кислорода или отнятия водорода. Ознакомление с методами восстановления металлов в водных и соляных растворах. Изучение основных положений теории окислительно-восстановительных реакций.
реферат [130,1 K], добавлен 03.10.2011Закономерности, связанные с превращением химической и электрической энергии, как предмет изучения электрохимии. Основные разделы дисциплины: электропроводность, электролиз, электродвижущие силы гальванических элементов. Особенности проведения электролиза.
методичка [927,3 K], добавлен 18.09.2012Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса. Степень окисления как условный заряд атома элемента. Распространённые восстановители. Свободные неметаллы, переходящие в отрицательные ионы. Влияние концентрации.
презентация [498,5 K], добавлен 17.05.2014Задачи химической кинетики, стадии химического процесса. Открытые и замкнутые системы, закон сохранения массы и энергии. Закон Гесса и его следствие, скорость реакций. Явление катализа, гомогенные, гетерогенные, окислительно-восстановительные реакции.
курсовая работа [95,9 K], добавлен 10.10.2010Классификация окислительно-восстановительных реакций в органической и неорганической химии. Химические процессы, результат которых - образование веществ. Восстановление альдегидов в соответствующие спирты. Процессы термической диссоциации водного пара.
реферат [55,9 K], добавлен 04.11.2011Определение теплоты сгорания этилена. Вычисление энергии Гиббса реакции и принципиальной ее возможности протекания. Расчет приготовления солевого раствора нужной концентрации. Составление ионного уравнения химической реакции. Процессы коррозии железа.
контрольная работа [103,6 K], добавлен 29.01.2014Уравнение химической реакции с использованием электронно-ионного метода. Определение потенциалов окислителя и восстановителя, направления протекания процесса, термодинамических характеристик H,S,G. Электронная формула элементов по 2 и 4 квантовым числам.
курсовая работа [22,5 K], добавлен 25.11.2009Отличительные признаки окислительно-восстановительных реакций. Схема стандартного водородного электрода. Уравнение Нернста. Теоретические кривые титрования. Определение точки эквивалентности. Окислительно-восстановительные индикаторы, перманганатометрия.
курсовая работа [319,6 K], добавлен 06.05.2011Методы окислительно-восстановительного титрования. Основные окислители и восстановители. Факторы, влияющие на окислительно-восстановительные реакции. Применение реакции окисления-восстановления в анализе лекарственных веществ. Растворы тиосульфата натрия.
презентация [1,0 M], добавлен 21.10.2013Рассмотрение превращения энергии (выделение, поглощение), тепловых эффектов, скорости протекания химических гомогенных и гетерогенных реакций. Определение зависимости скорости взаимодействия веществ (молекул, ионов) от их концентрации и температуры.
реферат [26,7 K], добавлен 27.02.2010Понятия химической кинетики. Элементарный акт химического процесса. Законы, постулаты и принципы. Закон сохранения энергии. Принцип микроскопической обратимости, детального равновесия, независимости химических реакций. Закон (уравнение) Аррениуса.
реферат [74,3 K], добавлен 27.01.2009Понятие титраметрического анализа. Окислительно-восстановительное титрование, его виды и условия проведения реакций. Расчет точек кривой титрования, потенциалов, построение кривой титрования. Подборка индикатора, расчет индикаторных ошибок титрования.
курсовая работа [399,3 K], добавлен 10.06.2012Характеристика окислительных и восстановительных процессов. Правила определения степени окисления атомов химических элементов, терминология и правила определения функции соединения в ОВР. Методы составления уравнений: электронного баланса, полуреакций.
презентация [63,2 K], добавлен 20.03.2011Определение водородного и гидроксильного показателей. Составление окислительно-восстановительных реакций и электронного баланса. Изменение степени окисления атомов реагирующих веществ. Качественные реакции на катионы различных аналитических групп.
практическая работа [88,2 K], добавлен 05.02.2012Составление уравнении окислительно-восстановительных реакций, расчет их эквивалентных масс. Методы измерения электродвижущих сил гальванических элементов. Характеристика электролиза на основе закона Фарадея. Изучение процессов коррозии металлов.
методичка [245,6 K], добавлен 07.11.2011