6.Понятие об электродном потенциале. Возникновение скачка потенциала

Каждая ОВР слагается из полуреакций окисления и восстановления. В соответствии с разделением ОВР на две полуреакции, электродвижущие силы также принято представлять в виде разности двух величин, каждая из которых отвечает данной полуреакции. Эти величины называют электродными потенциалами.

В результате изучения потенциалов различных электродных процессов установлено, что их величины зависят от трех факторов: 1.от природы вещества – участников электродного процесса. 2.от соотношений концентраций этих веществ. 3.от температуры системы. Эта зависимость выражается уравнением: φ= φ₀+2,3RT/ZF*lg[Ox]/[Red]; φ₀ – стандартный электродный потенциал; Z – число электронов принимающих участие в процессе, F – постоянная Фарадея; [Ox] и [Red] – произведения концентраций веществ участвующих в процессе в окисленной (Ox) и восстановленной (Red) формах.

Стандартный электродный потенциал

Стандартный электродный потенциал – это потенциал данного электродного процесса при концентрациях всех участвующих в нем процессов, равных 1.

Водородный электрод

Измерить абсолютную φ невозможно, его измеряют относительно электрода сравнения (водородный электрод) Стеклянный сосуд с Н₂SO₄ ([H⁺]=1м/л),в него опущена черненая платина (как губка).Через раствор продувается Н₂ под давлением 1 атм. Pt,H₂ | H⁺ ; Pt:H₂↔2H; φ⁰ H|H⁺=0

Ряд напряжений металлов

Если из всего ряда стандартных электродных потенциалов выделить только те электродные процессы, которые отвечают общему уравнению M^z++ze=M то получим ряд напряжений металлов. В этом ряду кроме металл помещен водород, чтобы видеть какие металлы способны вытеснять водород из водных растворов кислот. Положение металла в этом ряду характеризует его способность к окислительо-восстановительным взаимодействиям в водных растворах при стандартных условиях.

В любом металле есть подвижное равновесие между ионами металла и свободными электронами. Положительные молекулы воды притягивают ионы металла, электроны накапливаются на поверхности металлов и следовательно происходит разность потенциалов. φ – разность потенциалов на границе раздела металл-раствор.

Уравнение Нернста.

φ= φ₀+RT/Fn*ln a(_Meⁿ⁺); a=c*f ≈ c

по катоду: φ= φ₀+0,058/n *lg [Me ⁿ⁺]

по аноду: φ= φ₀-0,058/n *lg [Ag^n-]

Электролиз. Последовательность разряда катионов и анионов.

Электролиз – совокупность процессов, происходящих при прохождении постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из 2 электродов и расплава или раствора электролита. При электролизе химическая реакция осуществляется за счет энергии электрического тока, подводимой извне, в то время как при работе ГЭ энергия самопроизвольно протекающей в нем химической реакции превращается в электрическую энергию.

Законы Фарадея: 1. масса, образующаяся при электролизе вещества прямо пропорциональна количеству электричества. 2. равные количества электричества образуются при электролизе эквивалентного количества вещества. m=ЭQ/F=ЭIT/96500; Э=A/n, где A – атомарная масса,n – валентность; m=AIT/(n*96500)

Электролиз может проходить: 1. с нерастворимым анодом (Pt) 2. с растворимым анодом (любой малоактивный металл – Zn, Cu, Au)

Порядок разрядки катионов. Металлы, стоящие до Al включительно никогда не разряжаются при электролизе водных растворов, вместо них разряжается вода. 2HOH+2e^-=H₂+2OH^-

Порядок разрядки анионов. S^2- I^- Br^- Cl^- H₂O (SO₄ NO₃ FO₄ F HF – не разряжаются); 2 H₂O-4e^-=O₂↑=4H⁺

Коррозия оцинкованного, луженого железа.

Анодная защита

- Катод 2H⁺+2e=H₂↑ или HOH+2e=H₂↑+2OH^-

+Анод Zn-2e=Zn²⁺

Катодные покрытия малоактивные металлы (очень прочные, устойчивые)

АКБ. Химические процессы лежащие в основе работы свинцового и железо-никилиевого АКБ

ГЭ в которых протекают практически обратимые процессы называются аккумуляторами: их можно перезаряжать и использовать многократно.

Свинцовый аккумулятор Планте в 1859 году (из свинцовой решетки, в которую впрессована рыхлая масса свинца, в другую PbO₂)

- Pb|PbSO₄|H₂SO₄|PbSO₄|PbO₂|Pb +

-катион Pb²⁺+2e=Pb

Pb⁴⁺+2e=Pb²⁺ или Pb+SO₄^2-=PbSO₄+2e

+анион PbO₂ + 2H⁺ + SO₄^2- + 2e = PbSO₄ + 2H₂O

Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2- ↔ 2PbSO₄+2H₂O

ЭДС = 2В; КПД≈80%

Эдисон в 1900 году губчатое железо Fe запрессовал в Fe решетки, Ni(OH)₃ в Ni решетки.

-катион (Fe) Fe+2OH^-=Fe(OH)₂+2e

+анион (Ni) Ni(OH)₃+2e=Ni(OH)₂+OH^-

Fe+2Ni(OH)₃↔ Fe(OH)₂+2Ni(OH)₂

ЭДС≈1,2В; КПД≈50%