Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Электрод. Электродный потенциал




 

Электродом в электрохимии принято называть любой металл, погруженный в воду или раствор любого электролита. Чаще всего на практике рассматривается система, состоящая из металла и раствора соли, содержащей ионы данного металла.

Условно электрод записывается в виде схемы:

Цинковый электрод (-) Zn / ZnSO4 (-) Zn / Zn2+

Никелевый электрод (-) Ni / NiSO4 (-) Ni / Ni2+

Водородный электрод Н2 / Н2SO4 Н2 / 2Н+

Медный электрод (+) Cu / CuSO4 (+) Cu / Cu2+

Если пластинку металла (Ме) погрузить в раствор, содержащий его ионы:

Меn+ + nē Ме

раствор пластинка

или

Ме Меn+ + nē

пластинка раствор

то между металлом и раствором возникает разность потенциалов, которая называется электродным потенциалом и обозначается буквой j (фи).

Электродный потенциал зависит от природы металла, концентрации ионов в растворе и от температуры.

 

8.4.2. Измерение электродных потенциалов

 

Абсолютное значение электродного потенциала измерить невозможно, измеряют относительное значение потенциала. В качестве электрода сравнения берут потенциал водородного электрода, который условно принимается равным нулю:

Н /2Н+ = 0.

При измерении относительных значений электродных потенциалов металлов составляется гальванический элемент из испытуемого электрода и водородного, и измеряется электродвижущая сила (ЭДС) этого элемента.

Так как потенциал водородного электрода равен нулю, то показания прибора, измеряющего ЭДС гальванического элемента, дадут значение потенциала металла.

Электродный потенциал, измеренный при стандартных условиях:

Т = 298 К, р = 101,3 кПа; СМ = 1 моль/л, называется стандартным и обозначается j°.

По значениям j° составлен ряд стандартных электродных потенциалов (приложение 1), который используется при расчетах ЭДС гальванических элементов. Ряд стандартных электродных потенциалов дает количественную характеристику активности металлов.

Зависимость электродного потенциала от концентрации ионов металла в растворе и температуры описывается уравнением Нернста:

RT 2,3 RT

j = j° + ______ . ln CMen+ = j° + ________ . lg CMen+

nF nF

где j° - стандартный электродный потенциал, В;

R - универсальная газовая постоянная 8,314 Дж/моль . К;

Т - абсолютная температура раствора, К;

n - число электронов, участвующих в окислительно-восстановительном процессе;

СMen+ или [Меn+] - концентрация ионов металла в растворе, моль-ион/л

F - число Фарадея, 96500 кулонов (Кл).

После введения значений постоянных величин уравнение примет вид:

0,059

j = j° + ________ . lg CMen+

n

 

8.4.3. Расчет ЭДС и характеристика гальванического элемента

 

Основные параметры гальванического элемента и расчет ЭДС рассматривается на примере.

 

Пример. Рассчитать ЭДС элемента, состоящего из никелевой пластинки, погруженной в раствор NiSO4 с концентрацией ионов никеля [Ni2+] = 0,01 моль/л и медной пластинки, погруженной в раствор CuSO4 с концентрацией ионов меди [Cu2+] = 0,01 моль/л.

Схема записи гальванического элемента.

(-) Ni ê NiSO4 êê CuSO4 êCu (+)

Электродные процессы:

(-) Анод Ni0 - 2ē ® Ni2+ окисление

(+) Катод Cu2+ + 2ē ® Cu восстановление

Суммарное уравнение:

Ni + CuSO4 ® NiSO4 + Сu

АНОД - электрод, на котором идет процесс окисления. Анодом в гальваническом элементе служит более активный металл, который отдает электроны, имеет более отрицательный потенциал и заряжается отрицательно.

КАТОД – электрод, на котором идет процесс восстановления. Катодом в гальваническом элементе является менее активный металл, он заряжается положительно.

В данном гальваническом элементе анодом служит никель, так как его потенциал более отрицательный, j°Ni/Ni2+ = - 0,23 В, а медь будет катодом, потенциал медного электрода равен j°Cu/Cu2+ = +0,34 В.

Так как электроды опущены соответственно в растворы солей NiSO4 и CuSO4 с концентрацией отличной от стандартной, то их потенциалы рассчитываются по формуле Нернста:

0,059

jNi/Ni2+ = j°Ni/Ni2+ + ______ . lg CNi2+ = - 0,23 + 0,029 . lg 10-2 = 0,29 В

 

0,059

jCu/Cu2+ = j°Cu/Cu2+ + ______ . lg CCu2+ = +0,34 + 0,029 . lg 10-2 = 0,28 В

ЭДС любого гальванического элемента находят по формуле:

Е = jокислителя - jвосстановителя или Е = jкатода - jанода

В данном случае:

Е = j°Cu/Cu2+ - j°Ni/Ni2+ = 0,28 – (- 0,29) = 0,57 В.

Обосновать возможность работы гальванического элемента можно расчетом DG суммарной реакции окисления - восстановления, которая лежит в основе работы гальванического элемента.

Если свободная энергия системы уменьшатся, т.е. DG < 0, то такой элемент будет работать.

Расчет DG ведут по уравнению:

DG = - nFE

где n - число электронов, участвующих в реакции;

F - число Фарадея, 96500 Кл;

Е - ЭДС гальванического элемента, В.

При Е > 0, DG < 0

В нашем случае:

DG = - 2 . 96500 . 0,57 < 0

Вывод: гальванический элемент будет работать, т.е. давать электрический ток, производить энергию.

 

vikidalka.ru - 2015-2017 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных