Водородный электрод сравнения
Водородный электрод сравнения удобен тем, что стандартный электродный потенциал водорода равен нулю
φ02H+|H2= 0,00В.
Водородный электрод представляет собой сосуд, в котором находится H2SO4 с концентрацией [H+] = 1 моль/л.
Электрод выполняется из платины, которая сверху покрыта слоем рыхлой платины. Платина, особенно рыхлая, является прекрасным адсорбентом газообразного водорода.
Извне в этот сосуд подается газообразный водород под давлением в 1атм. Платиновый электрод поглощает водород и практически становится водородным электродом.
Электроды сравнения необходимы по той причине, что не существует методов непосредственного измерения электродных потенциалов. Возможно только измерение ЭДС гальванического элемента и вычисление неизвестного потенциала по известному.
Электрод сравнения соединяется в гальванический элемент с электродом из того металла, потенциал которого необходимо измерить, (рисунок).
Измерение ЭДС данного гальванического элемента производится компенсационным методом.
Схема включает в себя реохорд, рис.3.
Рис.3
Реохорд - длинная деревянная линейка, по краям которой находятся металлические зажимы, между зажимами туго натянута стальная струна определенного сопротивления. По струне перемещается металлический движок. В схему включены аккумулятор и гальванометр. Движок реохорда перемещают до тех пор, пока стрелка гальванометра не остановится на нуле. Это - состояние компенсации, для которого справедливо соотношение:
,
где
ЭДСакк- ЭДС аккумулятора,
ЭДСг/эл - ЭДС гальванического элемента,
AB - длина линейки,
AC - расстояние до движка (состояние компенсации).
Концентрационные гальванические элементы
Особенностью концентрационного гальванического элемента, рис.4, является то, что оба электрода выполнены из одного и того же метала.
Рис.4
Эти электроды отличаются друг от друга только концентрациями солевых растворов.
(По формуле Нерста) рассчитаем ЭДС концентрационного элемента.
Недостатки концентрационных гальванических элементов:
разрушаемый анод,
малая ЭДС.
Концентрационные элементы используются в тех случаях, где необходима малая ЭДС.
Окислительно - восстановительные (ов) гальванические элементы
Особенностью данных элементов является то, что окислительно - восстановительный процесс протекает только в растворах. Оба электрода являются инертными, или пассивными, т.е. сами они не принимают участия в ОВ процессах, а выполняют роль проводников электронов.
Топливные элементы(тэ)
Электрохимические реакции очень медленные. Для ускорения процессов советский инженер Давтян предложил ввести в окислительно - восстановительные гальванические элементы катализаторы.
Суть топливных элементов заключается в том, что электроды являются одновременно и катализаторами. Топливо, т.е. восстановитель и окислитель, хранится вне гальванических элементов и подаётся на электроды по мере необходимости, рис.5.
Рис.5
Электроды выполняются из пористого Ni или пористой Pt, то есть тех металлов, которые являются катализаторами электродных процессов. В качестве электролита используется раствор гидроксида калия.
Схема кислородно- водородного ТЭ может быть записана в виде:
.
На аноде элемента протекает реакция окисления водорода:
.
На катоде восстанавливается кислород:
.
Суммированием анодной и катодной реакций получаем уравнение токообразующей реакции:
,
в результате которой химическая энергия непосредственно превращается в электрическую.
Пример применения топливных элементов - использование их в мобильниках фирмы Toshiba.
ЭЛЕКТРОЛИЗ
Электролиз - разложение электротоком.
Электролиз - это процесс, обратный процессу, происходящему при работе гальванических элементов.
Электролизом называется превращение электрической энергии в химическую.
Через электролизёр, содержащий расплав или раствор электролита, проходит постоянный ток от внешнего источника питания. В результате на электродах начинают протекать окислительная и восстановительная реакции.
Существует три вида электролиза: