Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
ГАЛЬВАНІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЕЛЕКТРОЛІЗ
Мета роботи: ознайомитися з основними принципами роботи хімічних джерел електричної енергії, з процесами, що відбуваються при проходженні електричного струму через розчин електроліту.
6.1 Загальні відомості
6.1.1 Електродні потенціали. Гальванічні елементи.
Устрій в якому енергія окисно-відновних реакцій перетворюється на електричну називається гальванічним елементом. При цьому окисно-відновну реакцію необхідно здійснити так, щоб процеси окиснення і відновлення було розділено у просторі і створити можливість перебігу електронів від відновника (анод) до окисника (катод) по зовнішньому провіднику.
Суттєвим для перетворення хімічної енергії на електричну є наявність двох різнорідних провідників з електронною провідністю, занурених у розчин з йонною провідністю (розчини електролітів); ці останні сполучаються між собою напівпроникною перетинкою, соляним або електрохімічним місточком, який необхідний для замикання ланцюжка між двома електродами та забезпечення електронейтральності розчинів. На аноді протікає процес окиснення , на катоді – відновлення .
На межі: метал - розчин (вода, розчин електроліту) виникає подвійний електричний шар і з’являється різниця електричних потенціалів, який заміряти неможливо. Однак можна заміряти різницю потенціалів двох хімічно різних електродів, прийнявши один з них за електрод порівняння, це – електродний потенціал порівняння . Звичайно, за електрод порівняння беруть водневий, нульовий електрод, занурений в розчин при , (стандартні умови), його електродний потенціал .
Різниця потенціалів стандартного водневого електрода та будь-якого електрода за стандартних умов називається стандартним електродним потенціалом (табличні дані). Значення усіх можливих процесів створюють ряд стандартних електродних потенціалів, де вказані (В) - редокс-потенціали розповсюджених окисно-відновних процесів (Додаток В). Якщо умови процесів відрізняються від стандар-тних, для визначення електродних потенціалів використовують рівняння Нернста:
- універсальна газова стала ;
- термодинамічна температура, ;
- заряд йону (кількість електронів);
- стала Фарадея ;
- активність йонів в розчині.
Різниця потенціалів, яка виникає між металом і розчином його солі () може служити мірою його активності. Чим більше від’ємне значення металу, тим він активніший, чим більша різниця в значеннях між електродами, що створюють гальванічний елемент, тим більша його електрорушійна сила:
6.1.2 Електроліз
Процес протікання окислювально-відновних реакцій під дією постійного електричного струму в розчинах або розплавах електролітів називається електролізом.
На катоді протікають процеси відновлення:
На аноді протікають процеси окиснення:
Для розповсюджених катіонів існує такий ряд розрядження на катоді:
Для розповсюджених аніонів – ряд розрядження на аноді:
легко розряджаються
важко розряджаються
Кількісною характеристикою електролізу є закони Фарадея (1833р): І · τ = m/Мекв·F, де
І – сила струму, А;
τ – час, с;
m – маса речовини, г;
Мекв – молярна маса еквівалента, г/моль;
F – стала фарадея.
νА/νВ=ZА/ZВ, де
νА,νВ – кількість речовин А і В
ZА/ZВ – еквівалентні числа речовин А і В
Практично маси (об’єми) речовин, виділених на електродах менші від розрахованих за законами Фарадея, внаслідок перенапруги, яка виникає з різних причин. Розраховують величину η – вихід за струмом
η= mпракт/mтеор ·100% | η= Vпракт/Vтеор ·100% |
Найбільший вихід за струмом мають легко розряджу- вальні метали Cu, Ag, Au та ін.
6.2 Завдання для самостійного розв’язання
6.2.1. Відповісти на запитання.
1. Пояснити вираз: «окисно- відновні реакції можуть бути як джерелами, так і споживачами електричного струму».
2. Чому практичні значення ЕРС гальванічного елемента, маси (об’єми) речовин, що виділяються на електродах при електролізі, відрізняються від теоретично розрахованих?
3. Охарактеризувати практичне використання процесів, які протікають в гальванічних елементах,при електролізі.
6.2.2. Розв’язати задачі.
1. У дві склянки з блакитним розчином мідного купоросу помістили: до першої пробірки - цинкову пластинку, до другої - срібну. У якій склянці і чому колір розчину поступово зникає?
Скласти молекулярні та електронні рівняння відповідних реакцій, струмоутворюючу реакцію, схему гальванічного елементу, розрахувати ЕРС з використанням стандартних значень електродних потенціалів. (1,1В)
2. Скласти схему гальванічного елемента, робота якого ґрунтується на реакції.
Ni + Pb(NO3)2 = Ni(NO3)2 + Pb
Написати електронні рівняння анодного та катодного процесів. Обчислити ЕРС цього елемента, якщо [ Ni2+ ]=0,01мол/л, [ Pb2+ ]=0,0001мол/л. (0,061В)
3. Розрахувати масу речовини, яка виділиться на катоді, масу та об’єм виділеної речовини на аноді, якщо через розчин аргентум нітрату пропускали струм силою 2А на протязі 5 годин. Скласти електронні рівняння процесів на катоді та аноді. (40,3г; 2,99г; 2,09л)
6.2.3 Виконати завдання
6.2.3.1 Гальванічний елемент
Для даного гальванічного елемента виконати:
1. Визначити який з двох електродів може бути анодом, який катодом (стандартні умови)? Чому?
2. Записати процеси, які протікають на аноді та катоді у працюючому гальванічному елементі;
3. Записати струмоутворюючу реакцію;
4. Скласти схему гальванічного елемента;
5. Визначити е.р.с. гальванічного елемента за стандартних умов та при концентрації йонів на аноді 0,01 моль/л.
6.2.3.2 Електроліз водних розчинів
1. Скласти схеми процесів, які протікають при електролізі водного розчину даної речовини з даними електродами.
2. Розрахувати маси речовин, які утворюються, якщо електроліз буде проходити при силі струму І (А) протягом певного часу Δt (год).
Дата публикования: 2015-09-17; Прочитано: 1191 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!