Электрохимические процессы.

Предыдущая20212223242526272829303132333435Следующая

Цель работы: составление и расчет ЭДС гальванического элемента, получение катодного цинка и расчет выхода цинка по току.

В реакциях окисления-восстановления электроны непосредственно переходят от восстановителя к окислителю. Однако, если процессы окисления и восстановления пространственно разделить, а электроны направить металлическому проводнику, то такая система будет представлять собой гальванический элемент.

Гальванический элемент – это устройство, в котором на основе окислительно-восстановительной реакции получают электрический ток, т.е. химическая энергия реакции превращается в энергию электрического тока.

Рассмотрим в качестве примера гальванический элемент.

Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu.

Схематически гальванические элементы записываются в строку, и при этом более активный электрод указывается слева; граница между электродом и раствором обозначается черточкой, а между растворами двумя черточками. Как показывает опыт, электроны по внешнему участку цепи перемещаются от цинка к меди. В гальваническом элементе происходят следующие процессы:

Zn0 – 2e = Zn2+ (на аноде),

Сu2+ (из раствора) + 2e = Cu0 (на катоде).

Ионы SO42- через пористую перегородку постепенно диффундируют в сторону цинкового электрода.

В электрохимии названия электродов гальванического элемента даются по отношению к тем процессам, которые на них происходят: на катоде – восстановление катионов, на аноде – окисление анионов или вещества самого анода.

При действии гальванических элементов на электродах возникают электрические потенциалы. Величина этих потенциалов характеризует активность окислителей и восстановителей.

Так как узнать действительную разность потенциалов между металлом и раствором не удается, то вместо этого измеряют относительные электродные потенциалы, пользуясь так называемыми электродами сравнения. Основным электродом сравнения является водородный. Потенциал водородного электрода принимается за нуль. Для измерения электродных потенциалов составляют гальванический элемент, у которого один полуэлемент – нормальный водородный электрод, а второй – металл.

Величина потенциала зависит не только от природы металла, но и от окружающей среды и от концентрации собственных ионов металла в растворе. Зависимость величины электродного потенциала металла от концентрации собственных ионов в растворе отражает формула Нернста.

,

где Е – потенциал металла, помещенного в раствор своей соли,

Е0 – нормальный потенциал,

n – зарядность металла,

С – концентрация ионов металла (моль/л).

Из формулы видно, что увеличение концентрации ионов приводит к смещению потенциала в сторону положительных значений, уменьшение концентрации – в сторону отрицательных.



Формулой Нернста часто пользуются для расчетов ЭДС гальванических элементов. Электродвижущая сила гальванического элемента равняется разности потенциалов положительного и отрицательного электродов. Поэтому при вычислении ЭДС гальванических элементов нужно предварительно установить величину электродных потенциалов обоих электродов, затем взять указанную разность потенциалов.

Электролиз.

Если систему, состоящую из двух электродов и раствора электролита, включить в цепь постоянного электрического тока, то у электродов начинают протекать реакции окисления-восстановления – у анода восстановитель отдает электроны (в сеть) и окисляется; у катода окислитель принимает электроны (из сети) и восстанавливается.

Процесс окисления-восстановления, который осуществляется под действием постоянного электрического тока, называется электролизом.

Химические реакции, протекающие при электролизе, зависят от растворенного электролита, растворителя и материала электродов.

На катоде в первую очередь идут процессы, характеризуемые наиболее положительным потенциалом, т.е. в первую очередь реагируют сильные окислители. На аноде в первую очередь идут процессы, характеризуемые наиболее положительным потенциалом, т.е. в первую очередь идут процессы, в которых реагируют сильные восстановители.

Если потенциалы двух или нескольких электродных реакций равны, то эти реакции протекают на электроде одновременно. При этом прошедшее через электрод электричество расходуется на все эти реакции. Доля количества электричества, расходуемая на превращение одного из веществ (Bј), называется выходом по току этого вещества.

Bј(%) = Qј ∙100/Q,

где Qј – количество электричества, израсходованное на превращение ј вещества.

Q – общее количество электричества, прошедшего через раствор.

Теоретическое соотношение между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, окисленного или восстановленного на электроде, определяется законом Фарадея, согласно которому при прохождении через электрод одного Фарадея электричества (F = 96500Кл = 26,8А∙ч) на нем окисляется или восстанавливается 1 моль эквивалентов вещества.

,

где m – масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде, г

Э – величина эквивалентной массы вещества,

I – сила тока в амперах (А),

t – время электролиза, сек.


6900429845238024.html
6900457600333561.html
    PR.RU™