ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
И ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫПри решении задач этого раздела см. табл. 5 приложения.
При погружении металла в раствор собственной соли часть катионов, расположенных в поверхностном слое, под действием тепловой энергии и поляризующего действия молекул растворителя выходит в раствор. Вышедшие в раствор катионы взаимодействуют с молекулами растворителя - сольватируются (в случае водных растворов - гидратируются). По мере увеличения концентрации катионов в растворе часть из них под действием электрического поля отрицательно заряженной поверхности будет возвращаться к поверхности и встраиваться в решетку металла. Через определенное время скорости процесса растворения металла и его кристаллизации уравняются. В результате наступит динамическое равновесие. Большая часть вышедших в раствор катионов будет расположена вблизи поверхности металла. В этом случае силы притяжения катиона к поверхности будут равны силам, способствующим уходу катиона вглубь раствора. Таким образом, образуется двойной электрический слой на границе металл-электролит Ме(к) + хН2О → Меn+.xH2O(водн) + nē(к). Обычно при записи уравнения равновесного процесса гидратацию не учитывают Ме(к) → Меn+(водн) + nē(к). Скачок потенциала между противоположно заряженными поверхностью металла и раствором называют электродным потенциалом. Абсолютные значения электродных потенциалов измерить не удается. Поэтому обычно определяют относительные электродные потенциалы в определенных условиях, называемые стандартными электродными потенциалами φ0. Стандартным электродным потенциалом металла называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией или активностью, равной 1М, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом, потенциал которого при 25оС условно принимается равным нулю (φ0 = 0, ΔG0 = 0). Зависимость электродного потенциала от природы металла, температуры, концентрации потенциалопределяющих ионов выражается формулой Нернста где φ0Ме/Меn+- стандартное значение электродного потенциала; F- число Фарадея; n– величина заряда катиона; R – универсальная газовая постоянная; Т– температура, [Men+] - концентрация соли в растворе. При Т=2980К 2,3.RT/F= 0,059. Располагая металлы в ряд по мере возрастания их стандартных потенциалов φ0, получают так называемый “ряд напряжений’’. Положение металла в ряду напряжений характеризует его восстановительную способность, а также окислительную возможность его иона в водном растворе при стандартных условиях. Чем меньше значение φ0, тем большей восстановительной способностью обладает данный металл в виде простого вещества и тем слабее окислительную способность проявляет его ион и наоборот. Электродный потенциал измеряют в приборах, которые получили название гальванических элементов. Окислительно-восстановительная реакция, которая лежит в основе работы гальванического элемента, протекает в том направлении, в котором ЭДС элемента имеет положительное значение. В этом случае ΔG0 < 0, так как - ΔG0 = nFE0, где Е0 = φ – φ (φ и φ – стандартные потенциалы катода и анода).
Пример 1. Стандартный потенциал никеля больше стандартного потенциала кобальта (табл. 5). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его соли с концентрацией 0,001М, а кобальта – 0,1М? Решение. Электродный потенциал металла φ зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста φ0 для никеля и кобальта соответственно равны – 0,25 и – 0,277В. Определим электронные потенциалы этих металлов при указанных в условии примера концентрациях: Таким образом, при изменившихся концентрациях потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.
Пример 2. Магниевую пластинку опустили в раствор MgSO4. При этом электронный потенциал магния оказался равным –2,41 В. Вычислите концентрацию ионов магния в растворе. Решение. Подобные задачи решаются также по уравнению Нернста (см. пример 1):
Пример 3. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются магниевая и цинковая пластинки, опущенные в раствор их солей с концентрацией 1 моль/л. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, и вычислите его ЭДС. Решение. Схема данного гальванического элемента (-)А: Мg | Мg2+ || Zn2+ | Zn:К(+). Вертикальная черта обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две черточки – границу раздела двух жидких фаз – пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал –2,37В и является анодом, на котором протекает окислительный процесс: А(-): Мg – 2ē = Мg2+. (1) Цинк, потенциал которого –0,763 В, - катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс: К(+): Zn2+ + 2ē = Zn. (2) Уравнение окислительно-восстановительной реакции, которая лежит в основе работы данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов: Мg + Zn2+ = Мg2++ Zn. Для определения электродвижущей силы гальванического элемента (ЭДС ГЭ) из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрации солей в растворах равны 1 моль/л, то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов:
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|