Студопедия

Главная страница Случайная лекция


Мы поможем в написании ваших работ!

Порталы:

БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика



Мы поможем в написании ваших работ!




ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ И ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ

Читайте также:
  1. Двухэлектродные лампы. Электронно-лучевая трубка.
  2. ЛЕКЦИЯ 5 ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ. ПОЛЯРИЗАЦИЯ
  3. Окислительно – восстановительные (электродные) потенциалы
  4. Потенциалы простейших электрических полей.
  5. Стандартные электродные потенциалы металлов при 293 К
  6. Термодинамические потенциалы
  7. Электродные потенциалы. Направление ОВР
  8. Электродные потенциалы. Электродвижущие силы. Электролиз

14.1. Если металлическую пластинку опустить в воду, то катионы металла на её поверхности гидратируются полярными молекулами воды и переходят в жидкость. При этом электроны, в избытке остающиеся в металле, заряжают его поверхностный слой отрицательно. Возникает электростатическое притяжение между перешедшими в жидкость гидратированными катионами и поверхностью металла. В результате этого в системе устанавливается подвижное равновесие:

Me+MH2O→Me(H2O)nm+nē

в растворе на металле

где n – число электронов принимающих участие в процессе. На границе металл – жидкость возникает двойной электрический слой, характеризующийся определенным скачком потенциала. Абсолютные значения электронных потенциалов измерить не удается. Электродные потенциалы зависят от ряда факторов(природы металла, концентрации, температуры и др.). Поэтому обычно определяют относительные электродные потенциалы в определенных условиях – так называемые стандартные электродные потенциалы.(E0 ).

Стандартным электродным потенциалом у металла называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией (или активностью), равное 1 моль/л, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом потенциал которого при 25º C условно принимается равным нулю ( E0=0; ∆G0=0).

Располагая металлы по мере возрастания их стандартных электродных потенциалов (Е0), получаем так называемый ряд напряжений.

Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его восстановительную способность, а также окислительные свойства его ионов в водных растворах при стандартных условиях. Чем меньше значение E0, тем большими восстановительными способностями обладает данный металл в виде простого вещества и тем меньше окислительные способности проявляют его ионы, и наоборот. Электродные потенциалы измеряют в приборах, которые получили название гальванических элементов. Окислительно-восстановительная реакция, которая характеризует работу гальванического элемента, протекает в направлении, в котором ЭДС элемента имеет положительное значение. В этом случае ∆G0<0, так как ∆G0= -nFE0.

 

14.2. Примеры решения задач.

Пример 1. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта (табл.14.1). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 моль/л, а потенциалы кобальта – в растворе с концентрацией 0,1 моль/л.

 

Таблица 14.1Стандартные электродные потенциалы (E0) некоторых металлов (ряд напряжений).

Электрод E0, В Электрод E0, В
Li+/Li -3,045 Cd2+/Cd -0,403
Rb+/Rb -2,925 Co2+/Co -0,277
K+/K -2,924 Ni2+/Ni -0,25
Cs+/Cs -2,923 Sn2+/Sn -0,136
Ba2+/Ba -2,90 Pb2+/Pb -0,127
Ca2+/Ca -2,87 Fe3+/Fe -0,037
Na+/Na -2,714 2H+/H2 -0,000
Mg2+/Mg -2,37 Sb3+/Sb +0,20
Al3+/Al -1,70 Bi3+/Bi +0,215
Ti2+/Ti -1,603 Cu2+/Cu +0,34
Zr4+/Zr -1,58 Cu+/Cu +0,52
Mn2+/Mn -1,18 Hg22/2Hg +0,79
V2+/V -1,18 Ag+/Ag +0,80
Cr2+/Cr -0,913 Hg2+/Hg +0,85
Zn2+/Zn -0,763 Pt2+/Pt +1,19
Cr3+/Cr -0,74 Au3+/Au +1,50
Fe2+/Fe -0,44 Au+/Au +1,70

Решение. Электродный потенциал металла (E) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

E=E0+ lgC,

где E0 – стандартный электродный потенциал;

n – число электронов, принимающих участие в процессе;

C – концентрация (при точных вычислениях – активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/n;

E0 для никеля и кобальта соответственно равны – 0,25 и – 0,277 В. Определим электродные потенциалы этих металлов при данных в условии концентрациях:

ENi2+/Ni= -0,25 + lg10-3= - 0,339 В,

ECo2+/Co= - 0,277+ lg10-1= - 0,307 В.

Таким образом, при изменившейся концентрации потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.

 

Пример 2. Магниевую пластинку опустили в раствор его соли. При этом электродный потенциал магния оказался равен – 2,41 В. Вычислите концентрацию ионов магния (в моль/л).

Решение. Подобные задачи решаются также на основании уравнения Нернста (см. пример 1):

- 2,41= - 2,37+ lgC,

- 0,04=0,0295lgC,

lgC= - = - 1,3559= 2,6441,

CMg2+=4,4∙10-2 моль/л.

 

Пример 3. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются магниевая и цинковая пластинки, опущенные в растворы их ионов с активной концентрацией 1 моль/л. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнения Окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, и вычислите его ЭДС.

Решение. Схема данного гальванического элемента:

( - )Mg│Mg2+││Zn2+│Zn (+)

Вертикальная линейка обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линейки – границу раздела двух жидких фаз – пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс

Mg0 – 2e=Mg2+ (1)

Цинк, потенциал которого -0,763 В, - катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Zn2++2e= Zn0, (2)

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующие работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов:

Mg+Zn2+=Mg2++Zn

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль/л, то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов:

ЭДС= E0 Zn2+/Zn – E0 Mg2+/Mg= - 0,763-(-2,37)=1,607 В.

14.3.Задания для контрольной работы.

261. В два сосуда с голубым раствором медного купороса поместили в первый цинковую пластинку, а во второй серебряную. В каком сосуде цвет раствора постепенно пропадет? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующей реакции.

262. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) CuSO4; б) MgSO4; в) Pb(NO3)2? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

263. При какой концентрации Zn2+ (в моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0,015В меньше его стандартного электродного потенциала? Ответ: 0,30 моль/л.

264. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) AgNO3; б) ZnSO4; в) NiSO4? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

265. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал -1,23В. Вычислите концентрацию ионов Mn2+(в моль/л). Ответ: 1,89∙10-2 моль/л.

266. Потенциал серебряного электрода в растворе AgNO3 составил 95% от значения его стандартного электродного потенциала. Чему равна концентрация ионов Ag+ (в моль/л)? Ответ:0,20 моль/л.

267. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС медно- кадмиевого гальванического элемента, в котором [Cd2+]=0,8 моль/л, а [Cu2+]=0,01 моль/л. Ответ: 0,68 В.

268. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых медь была бы катодом, в другом – анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде.

269. При какой концентрации ионов Сu2+ (моль/л) значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода? Ответ: 1,89∙10-12 моль/л.

270. Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электродные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных: первый в 0,01 н, а второй – в 0,1 н растворы AgNO3. Ответ: 0,059 В.

271. При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001 М растворе, а другой такой же электрод – в 0,01 М растворе сульфата никеля. Ответ: 0,0295 В.

272. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин.

щенных в растворы своих солей с концентрацией [Pb2+] = [Mo2+] = 0,01 моль/л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого их ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ: 2,244 VH В.

273. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом – анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.

274. Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.

275. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего их пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Mg2+] = [Cd2+] = 1моль/л. Изменится ли значение ЭДС, если концентрацию каждого их ионов понизить до 0,01моль/л. Ответ: 1,967В.

276. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из пластин цинка и железа, погруженных в растворы их солей. Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на аноде и на катоде. Какой концентрации надо было взять ионы железа (моль/л), чтобы ЭДС элемента стала равна нулю, если [Zn2+] = 0,001моль/л. Ответ: 7.3 10-15моль/л.

277. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению:

Ni + Pb(NO3)2 = Ni(NO3)2 + Pb

Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите ЭДС этого элемента, если [Ni2+] = 0,01моль/л, а [Pb2+] = 0,0001моль/л. Ответ: 0,064В.

278. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке свинцового аккумулятора?

279. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке кадмий-никелевого аккумулятора?

280. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке железо-никелевого аккумулятора?

 

 


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Хлор и ок-ль и восст-ль | ЭЛЕКТРОЛИЗ. 15.1.Электролизом называется совокупность окислительно-восстановительных процессов, которые протекают при пропускании постоянного электрического тока через

Дата добавления: 2014-09-08; просмотров: 1221; Нарушение авторских прав




Мы поможем в написании ваших работ!
lektsiopedia.org - Лекциопедия - 2013 год. | Страница сгенерирована за: 0.004 сек.