Si H P As I Se C S Br Cl N O F

зростання електронегативності

Таблиця 1.9

Відносна електронегативність деяких неметалів

Неметал	Si	H	P	As	I	Se	C	S	Br	Cl	N	O	F
Відносна еле-ктронегатив-ність, еВ	1.47	2.1	2.1	2.2	2.21	2.48	2.5	2.6	2.74	2.83	3.07	3.5	4.1

Таблиця стандартних електродних потенціалів має широке застосування: її використовують для розрахунку електрорушійних сил гальванічних елементів, передбачення можливості протікання та розрахунку констант рівноваги різних хімічних реакцій та ін.

Таблиця 1.10

Стандартні електродні та окисно-відновні потенціали у водних розчинах при 298К

4. КЛАСИФІКАЦІЯ ЕЛЕКТРОДІВ

Електроди класифікують за типом електродної реакції, що протікає на їх поверхні. Насамперед розрізняють електроди першого та другого роду.

Електроди першого роду – це металеві чи неметалеві пластинки, занурені у розчин однойменних іонів. На їх поверхні здійснюється оборотний процес Ме → Ме^{n +} + ne^-, тобто такі електроди є оборотні до катіона. До електродів першого роду відносяться і газові електроди – це металевий провідник, який є в контакті з газом і розчином, що містить відповідні іони. Металевий провідник адсорбує на своїй поверхні газ, який бере участь в електродній реакції. Найкраще функції металевого провідника виконує платина, яка найчастіше застосовується в газових електродах. Для збільшення поверхні електрода її покривають губчастим шаром – так званою платиновою черню.

Електрод другого роду – це метал, покритий шаром важкорозчинної солі цього ж металу і занурений у розчин легкорозчинного електроліту, що містить ті ж аніони, як і важкорозчинна сполука. Схематично цей електрод можна зобразити: Ме, МеА/А^{n -}. Метал пластини взаємодіє з аніоном легкорозчинної солі з утворенням важкорозчинної солі Ме + А^{n -} = МеА + ne^-, в результаті чого на електроді виникає потенціал і змінюється товщина шару важкорозчинної солі. Електроди другого роду оборотні відносно аніона і їх потенціал залежить від концентрації аніонів легкорозчинної солі.

Окрему групу складають окисно-відновні електроди та іон селективні (мембранні) електроди.

Таблиця 1.11

Класифікація електродів

Електрод	Тип електрода	Схематичне зображення електрода
Електроди першого роду (оборотні відносно катіона)	Метал – іон металу Інертний електрод, адсорбований на його поверхні газ, іон (газові електроди) Амальгамові електроди, наприклад, кадмієвий амальгамовий електрод (кадмієво-ртутна амальгама – іон кадмію)	Cu | Cu^2+   (Pt) | H2 | H^+   Cd + Hg | Cd^2+
Електроди другого роду (оборотні відносно аніона)	Метал, покритий важкорозчинною сполукою (сіллю, оксидом, гідрооксидом цього металу), занурений в електроліт, що містить той же аніон, що й важкорозчинна сполука	Me, MeA | A^n-
Окисно-відновні електроди	Інертний електрод, занурений у розчин, в якому співіснують речовини (іони) різного ступеня окиснення	Pt | Fe^3+, Fe^2+
Мембранні електроди	Скляний електрод	Ag | AgCl, HCl | скло | Н^+

1. КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ. ВИДИ КОРОЗІЇ. МЕТОДИ ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ ОБЛАДНАННЯ, ЩО ВИКОРИСТОВУЄТЬСЯ В ХАРЧОВІЙ І ПЕРЕРОБНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

Багато хімічних сполук за звичайних умов стійкіші, ніж метали. Саме тому в рудах більшість металів міститься не в чистому вигляді, а у вигляді хімічних сполук. Доводиться застосовувати складні і дуже енергоємні процеси, щоб вилучити метали з хімічних сполук, у складі яких вони містяться у рудах. Більшість результатів цієї праці зводить нанівець найлютіший ворог металів – корозія.

Під дією повітря, дощу, снігу, ґрунтової вологи металеві матеріали посту­пово руйнуються і знову переходять у стан хімічних сполук, подібних до тих, у складі яких вони містилися у рудах. Причини цього руйнування полягають в хімічній взаємодії: метали вступають в окислювально-відновлювальні реакції з речовинами, які знаходяться в навколишньому середовищі, й окислюються.

Корозія – від латинського “corrodere” – роз’їдати.

Корозія – процес руйнування металів і сплавів під впливом різних факторів зовнішнього середовища.

Простіше за все протікає корозія при зіткненні металів з газами. На поверхні металу утворюються відповідні з'єднання: оксиди, сірчисті з'єднання, основні солі вугільної кислоти, які нерідко покривають поверхню щільним шаром, що захищає метал від подальшої дії тих же газів.

Інакше йде справа при зіткненні металу з рідким середовищем - водою і розчиненими в ній речовинами. З'єднання, що утворюються при цьому, можуть розчинятися, завдяки чому корозія розповсюджується далі углиб металу. Крім того, вода, що містить розчинені речовини, є провідником електричного струму, унаслідок чого постійно виникають електрохімічні процеси, які є одним з головних чинників, спричиняючих і прискорюючих корозію.

ВИДИ КОРОЗІЇ

Корозійне руйнування може охоплювати всю поверхню металу – така корозія називається суцільною (загальною), або окремі ділянки – місцева (локальна) корозія.

Залежно від механізму процесу корозія металів буває хімічна, електрохімічна та біохімічна.

Хімічна корозія – це руйнування металів внаслідок їх взаємодії з середовищем, яке не проводить електричний струм

Хімічна корозія обумовлена взаємодією металів з газами за високих температур або з неелектролітами (рідинами, які не проводять електричний струм), наприклад:

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃.

Газова корозія трапляється досить часто. З нею ми стикаємося при корозії металів у печах, вихлопних трубах тощо. Найнебезпечнішими для металів компонентами газового середовища є кисень (О₂), пара води (Н₂О), оксид карбону(ІV) (СО₂), оксид сульфуру (ІV) (SO₂).

Хімічна корозія протікає тим інтенсивніше, чим активніший метал, агресивне середовище і вища температура.

Біохімічна корозія виникає при дії ферментів, що є продуктами життєдіяльності мікроорганізмів.

Найбільшої шкоди завдає електрохімічна корозія.

Електрохімічна корозія – це руйнування металу, що знаходиться в контакті з іншими металами та електролітом або водою з виникненням у системі електричного струму.

Електрохімічна корозія відбувається під дією розчинів електролітів. У цьому випадку поряд з хімічними процесами (відщеплення електронів) відбуваються й електричні (перенесення електронів від однієї ділянки до іншої). Цей вид корозії відбувається при зануренні металевих виробів у водні розчини, морську воду, грунт з ґрунтовими водами, при конденсації на металі вологи із атмосфери. Отже, електрохімічна корозія має багато різновидів. Основними з них є: атмосферна корозія, що виникає на поверхні металу під дією сконденсованої вологи; ґрунтова корозія, виникає при контактуванні металів з ґрунтовими водами; морська корозія, виникає при контакті металу з морською водою.

Чисті метали (крім активних) при контакті з електролітом або водою практично не кородують. Корозія розвивається, якщо метали містять домішки, які є менш активними, ніж метал, наприклад, вуглець у сталі (залізі). При контакті такого заліза з електролітом (електропровідним середовищем) на різних ділянках виникають різні потенціали, що приводить до утворення багатьох коротко замкнутих мікрогальванічних елементів. Роль аноду виконують зерна самого металу (заліза), а катоду – менш активні домішки.

Електрод, від якого по металевому провіднику відходять електрони, вважають анодом, незалежно від того, є система гальванічним елементом чи електролізером. Електрод, до якого надходять електрони, вважають катодом.

Під час електрохімічної корозії поряд з хімічними процесами (відщеплення електронів) відбуваються й електричні (перенесення електронів від однієї ділянки до іншої). При цьому в результаті взаємодії металу з молекулами води з корозійного середовища на ньому відбуваються два прцеси: окиснення металу Ме (анодний процес):

Ме - nе‾ → Meⁿ⁺

і відновлення окисників – компонентів середовища (катодний процес).

Електрони переміщуються до катоду (менш активного металу або домішок) і викликають реакції відновлення, наприклад, у випадку кислого середовища:

2Н⁺ +2е‾ → Н₂;

при наявності кисню у водному середовищі:

О₂ + 2Н₂О + 4е‾ → 4ОН‾.

Ділянки поверхні металу, на яких відбуваються процеси окиснення і відновлення, називають відповідно катодними і анодними.

Продукт корозії заліза – бура іржа – це суміш гідроксидів феруму(ІІ) і феруму (ІІІ), продуктів їх розкладу і взаємодії з вуглекислим газом та іншими речовинами з навколишнього середовища.

Електрохімічна корозія протікає тим інтенсивніше, чим більша різниця окисно-відновних потенціалів металів, що знаходяться в гальванічній парі, більш агресивне середовище, більша концентрація окисника в розчині електроліту і вища температура.

МЕТОДИ ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ ОБЛАДНАННЯ, ЩО ВИКОРИСТОВУЄТЬСЯ В ХАРЧОВІЙ І ПЕРЕРОБНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

З давніх-давен людей цікавило, як захистити метали від корозії. Давньогрецький історик Геродот (V ст. до н.е.) і давньоримський учений Плиній Старший (І ст. н.е.) у своїх працях згадують про застосування олова для захисту заліза від іржавіння.

Середньовічні алхіміки мріяли про отримання нержавіючого заліза. Вже у 20-х роках XIX століття електрохімічну корозію вивчали Г.Деві та М.Фарадей. З того часу у всьому світі написано дуже багато праць про корозію металів. Проте теорії, яка б правильно пояснювала корозію, ще не було. Існувала лише теорія, яку було висунуто в 1830 році швейцарським ученим Де ла Ривом. Вона була неправильною. Згідно з цією теорією, корозії піддаються лише ті метали, які містять у собі різні включення.

На початку 30-х років XX століття радянський учений А.Фрумкін, вивчаючи амальгами металів, показав, що активні метали-амальгами розчиняються в кислотах, хоч амальгама - це однорідна речовина.

У 1935 році Шултін пояснив корозію як однорідних металів, так і сплавів. Він розглянув проходження корозії і фактори, що її спричиняють. У тому ж році Я.Дурдін теж пояснив процес корозії. Таким чином, Шултін і Дурдін сформували теорії електрохімічної корозії металічних матеріалів.

Корозія завдає великої шкоди народному господарству. За рік приблизно 20% обсягу щорічного виробництва сталі руйнується в результаті корозії. Внаслідок корозії металеві вироби втрачають свої цінні технічні властивості, виходять з ладу обладнання, машини, механізми, руйнуються металеві конструкції. Витрати на ремонт або заміну деталей суден, автомобілів, апаратури хімічних виробництв, приладів у багато разів перевищують вартість металу, з якого її виготовлено. Нарешті, істотними бувають непрямі втрати, спричинені корозією. До них можна віднести, наприклад, витікання нафти або газів з трубопроводів, що зазнали корозії, псування харчових продуктів, втрату здоров’я, а іноді життя людей у тих випадках, коли це викликано корозією. Особливо сильно піддається корозії обладнання, що контактує з агресивним середовищем, наприклад, розчинами кислот, солей. Тому вивченню процесів корозії і відшуканню якнайкращих засобів її запобігання надається дуже багато уваги, на захист від корозії витрачають великі кошти.

Знаючи фактори, які сприяють корозії, можна розробляти наукові підходи до проблеми захисту металів від окислення і руйнування. Тому були розроблені методи захисту від корозії. Найбільш поширеними є нанесення на метали ізолюючих покриттів (плівок) – металевих та неметалевих, а також електрохімічні та хімічні методи.

На даний момент є кілька способів запобігання корозії.

Нанесення металевих покриттів

За характером захисної дії металеві покриття можна розділити на анодні та катодні. Метал, який використовують для анодного покриття, повинен мати більш негативний потенціал (більш активний). Наприклад, вироби із заліза покривають цинком. Шар цинку запобігає корозії заліза, бо цинк, хоча й більш активний метал, ніж залізо, (див. ряд стандартних електродних потенціалів металів) вкритий оксидною плівкою. В разі пошкодження захисного шару (подряпини, пробої дахів тощо) за наявності вологи виникає гальванічна пара Zn│Fe. Катодом (позитивним полюсом) є залізо, анодом (негативним полюсом) – цинк. Електрони переходять від цинку до заліза, де зв’язуються молекулами кисню (киснева деполяризація), цинк розчиняється, а залізо залишається захищеним доти, доки не зруйнується весь шар цинку, що потребує досить багато часу.

На практиці частіше за все доводиться вживати заходів до захисту сталі як металу, особливо схильного корозії. Окрім цинку, з більш активних металів для цієї мети іноді застосовують кадмій, діючий подібно цинку. З менш активних металів для покриття сталі частіше за все використовують олово, мідь, нікель.

Покриття залізних виробів нікелем, хромом, крім захисту від корозії, надає їм красивого зовнішнього вигляду.

При катодному покритті, наприклад, залізо, покрите оловом (луджене залізо), навпаки, герметичність є обов’язковою. У цьому випадку треба слідкувати за герметичністю консервних банок, виготовлених із лудженої бляхи.

Іноді залізо покривають тонким шаром іншого металу. Деякі виробники виготовляють кузови автомобілів зі сталі із захисним цинковим покриттям. При такій обробці утворюється шар цинк оксиду, й коли покриття не ушкоджене, воно добре захищає від іржі. Навіть якщо таке покриття має вади, сталевий корпус машини все ж таки захищений від швидкого руйнування, оскільки в цій системі переважно кородує цинк, а не залізо, тому що Цинк є більш активним металом, ніж Ферум.

Дуже розповсюдженим є використання нержавіючих сплавів. Нержавіючу сталь розробив у 1913 році хімік Гаррі Бріарлі. Його сталь не розчинялася в кислоті. Ця сталь не піддається корозії тому, що на її поверхні утворюється плівка хром (ІІІ) оксиду. На відміну від іржі, на цей оксид не діє вода, й він міцно зчеплений з металевою поверхнею. Маючи товщину всього лише в кілька нанометрів, оксидна плівка є невидимою для неозброєного ока й не приховує природного металевого блиску металу. При цьому вона є непроникною для повітря й води і захищає метал. Якщо зруйнувати поверхневу плівку, вона швидко відновиться. Але нержавіюча сталь дорога, і її використання не завжди економічно виправдане, тому нині часто використовується покриття залізних виробів тонким шаром цинку (оцинковане залізо) або олова (луджене залізо). Останнє особливо часто використовується при виготовленні консервів.

Нанесення неметалевих покриттів

До неметалевих захисних покриттів відносять покриття лаками, фарбами, полімерами, а також пасивними плівками з малорозчинних сполук металів. Сьогодні все ширше застосовують захисні покриття з органічних полімерів. Ці плівки є або продуктами корозії, або утворюються при оксидуванні. Неметалеві покриття забезпечують лише механічний захист металів від корозії. Ці покриття мають добру водостійкість.

Електрохімічні методи захисту

До електрохімічних методів відносяться протекторний та катодний захист. Протектори – це більш активні метали, які приєднують до металевих конструкцій, виробів, вони мають більш негативне значення Е⁰. При протекторному способі захисту два метали утворюють штучний гальванічний елемент, у якому відбувається анодне розчинення протектора, що захищає основний метал від корозії. Наприклад, вироби із сталі (заліза) можна захистити протекторами з цинку, алюмінію або магнію та їх сплавів. При катодному захисті металеві конструкції з’єднують з негативним полюсом постійного джерела струму. Це приводить до затримки розчинення металу і відновлення на ньому окисників з навколишнього середовища. По мірі руйнування протекторів, їх замінюють новими. Так, в парові казани вводять листи цинку, що знаходяться у контакті із стінками казана і створюють з ними гальванічну пару.

Електрозахист має перевагу над протекторним захистом: радіус дії першого близько 2 000м, другого – близько 50м.

Хімічні методи захисту

Для захисту металів від корозії застосовують інгібітори корозії – неорганічні та органічні речовини, які зменшують швидкість корозії.

Найчастіше застосовують речовини, які виявляють поверхнево-активні властивості. Вони утворюють суцільні адсорбційні плівки на поверхні металу, захищаючи його від дії агресивних речовин. Вчені створили ряд інгібіторів (препарати марок 4М, ПБ та інші), які при додаванні до кислоти в сотні разів сповільнюють розчинення (корозію) металів.

На жаль, виробництво продуктових консервів і напоїв не обходиться без труднощів. Різні продукти створюють у середині банки середовище, яке по-різному діє на метал і може викликати корозію. На початку ХХ століття почали випускати банкове пиво. Успіх до нового продукту прийшов не відразу, й причина полягала в тому, що банки кородували зсередини. Тонкий шар олова, який вкривав банки, рідко виходив суцільним, він мав найдрібніші дефекти. У водному розчині Ферум окислюється швидше за Станум (внаслідок вищої активності). Іони Ферум Fe²⁺ розчинялися в пиві, додавали напою присмак металу й зменшували його прозорість. Виробникам вдалося подолати цю проблему після того, як вони почали покривати банку зсередини спеціальним органічним лаком.

У банках з консервованими фруктами присутні органічні кислоти, наприклад, лимонна кислота. У розчині ці кислоти сприяють зв’язуванню іонів Стануму Sn²⁺ і цим збільшують швидкість розчинення олов’яного покриття. Тому в консервованих фруктах (персиках та ін.) переважно кородує олово. Іони Стануму, які потрапляють у такий спосіб до їжі, нетоксичні. Вони не чинять помітного впливу на смакові якості консервованих фруктів. Проблеми виникають, коли така банка зберігається занадто довго. Тонкий шар олова, що окислюється, зрештою руйнується і під впливом органічних кислот починає кородувати залізний шар.

Останнім часом розроблено леткі (або атмосферні) інгібітори. Ними просочують папір, яким обгортають металеві вироби. Пара інгібіторів адсорбується на поверхні металу і створює на ній захисну плівку.

Інгібітори широко застосовують при хімічному очищенні від накипу парових котлів, зніманні окалини з оброблених деталей, а також при зберіганні та перевезенні хлоридної кислоти у стальній тарі. До неорганічних інгібіторів належать нітрити, хромати, фосфати, силікати. Механіз дії інгібіторів є предметом дослідження багатьох хіміків.

Застосування надчистих металів

Найкращим способом захисту заліза від корозії є добування високо очищеної речовини. Так, у ХХ столітті в Індії був знайдений стовп висотою 3м, виготовлений з найчистішого заліза. Цей залізний стовп простояв кілька тисячоліть і до цього часу анітрохи не прокородував і навіть не втратив свого металевого блиску. Досі залишається загадкою походження цього релікта, оскільки невідомо, чи існувала на той час технологія виготовлення заліза такої високої чистоти.

Отже, найбільш ефективними методами захисту металів від корозії можна вважати:

1. Захист поверхні металу від контакту з агресивним середовищем шляхом нанесення металічних і неметалічних (мастила, лаки, фарби) покриттів, а також пасивування поверхні металу шляхом утворення на ній оксидних, карбідних, нітридних та інших захисних плівок.
2. Введення в активний метал легуючих домішок для зближення потенціалів або пасивування поверхні (створення сплавів з антикорозійними властивостями, наприклад, нержавіючих сталей)
3. Електрозахист – заміна потенціалу поверхні активного металу від зовнішнього джерела струму, або протекторний захист – створення надійного контакту з більш активним металом, який буде руйнуватись
4. Зниження агресивності середовища (заміна на менш агресивне або введення інгібіторів – сполук, які сповільнюють прогрес окислення металу)
5. Застосування надчистих металів (способи очищення: електрохімічне руйнування, зонна плавка тощо)
6. Заміна металів іншими хімічно стійкими конструкційними матеріалами
7. Розробка та впровадження ефективних низькотемпературних процесів.

!ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ

РОЗЧИН ЕЛЕКТРОЛІТІВ

Задача №15

Розчин, що містить 0,2394 аміаку на 1000г води замерзає при температурі - 0,0142^оС. Розрахувати ступінь електролітичної дисоціації в цьому розчині.

Розв’язання.

Ступінь електролітичної дисоціації (α) пов’язана з ізотонічним коефіцієнтом Вант – Гоффа (і) рівнянням: α =

Де γ – число іонів, на яке дисоціює молекула електроліту,

за визначенням: і =

∆Т теоретичне визначають за законом Рауля:

∆Т теоретичне = К · m

m - моляльна концентрація розчину;

К – кріоскопічна стала;

d - наважка розчиненої речовини в грамах за умовою d = 0,2394г;

W – кількість розчиннику в грамах – за умовою W –1000 г;

∆Т досліду - різниця температури замерзання води і температури замерзання розчину - за умовою, ∆Т досліду = 0^о (0,0142^о) =0,0142^оС

Тоді і = = 1,12%

α = = 0,12 або 12%.

Задача №16

Розрахувати рН 0,05 н розчину сильної одноосновної кислоти.

Розв’язання.

Враховуючи, що кислота дисоційована повністю і її концентрація невелика, будемо рахувати, що в цьому розчині активна концентрація дорівнює тій концентрації, що встановилася.

Звідси:

[ Н⁺] = 0,05 знаючи, що

рН = ℓg [ H⁺], то рН = - ℓg 5 •10^-2 =

= - ℓg 5 - (-2) · 1= -ℓg 5 + 2 = - 0,7 + 2 = 1,3

Задача 17

Розрахувати рН в 0,1н розчині оцтової кислоти

Розв’язання

Слабкі кислоти дисоціюють зворотно:

СН₃СООН СН₃СОО^- + Н⁺

Рівновага характеризується константою

К = 1,85 • 10^-5 =

Оскільки [СН₃СОО^-] = [ Н⁺] по рівнянню реакції, а кількість молекул, що не розпалися на іони СН₃СООН приблизно дорівнює вихідному (дисоціація йде незначно), то позначивши [СН₃СОО^-] = [ Н⁺] =Х, будемо мати з врахуванням вихідної 0,1н концентрації:

1,8 • 10^-5 =

[ Н⁺] = х = 1,85• 10^-5 •10^-1 =1,35 • 10-³

звідси рН = -ℓg [ Н⁺] = - ℓg 1,35 •10^-3 = 3 -ℓg 1,35 =2,87.

Задача №18

Розрахувати рН буферного розчину, що складається з 10мл 0,1М розчину СН₃СООН та 90 мл 0,1М розчину СН₃СООNa.

Константа електролітичної дисоціації оцтової кислоти дорівнює 1,85 • 10^-5.

Розв’язання

За рівнянням буферної суміші концентрація іонів гідрогену в буферному розчині [ Н⁺] = К [ кислота] / [ сіль], або в інших позначеннях

Сн+ = , де:

С кисл - концентрація кислоти,

С солі – концентрація солі в приготовленій буферній суміші.

Концентрація кислоти і солі в суміші може бути розрахована за даними задачі:

С_кисл = = 0,01; С_солі = = 0,09 , де

10 і 90 – об’єми кислоти і солі, що взяті для приготування буферного розчину, мл;

10+ 90 – загальний об’єм розчину:

Одержані величини підставляються в рівняння буферної суміші:

С_н+ = 1,85 ∙ 10^-5 ∙ = 0,20 ∙ 10^-5

Далі знаходимо величину рН:

рН = - ℓgС_н+ = -ℓg (0,20 ∙ 10^-5) = - (ℓg 0,2 - 5ℓg10)= - (-0,70 –5) = 5,70

рН= 5,7

Задача 19

Гальванічний елемент складається з мідного і цинкового електродів.

Наведіть вираз для розрахунку ЕРС такого елементу з розрахунком концентрацій іонів Си²⁺ та Jn²⁺. Розрахуйте концентрацію іонів Си² + в гальванічному елементі, величина ЕРС якого дорівнює 1,04В, а концентрація іонів Zn ²⁺ дорівнює 0,1 (10^-1 )

Розв’язання.

ЕРС елементу дорівнює різниці електродних потенціалів

Е = φ_Сu – φ_Zn

Схема запису елементу: Сu⁰ / Сu²⁺/ /Zn²⁺/ Zn

На електродах протікають процеси:

Сu²⁺ + 2е = Сu⁰

катод

Zn – 2 е = Zn²⁺

анод

Рівняння електродних потенціалів:

φ_Сu = φ^о_Сu + 0,059 ℓqС_Сu2+; φ_Zn = φ⁰_Zn + 0,059ℓqС_Zn²⁺;

Таким чином,

ЕРС = φ_Сu -φ_Zn = φ⁰_Сu +0,059ℓqСсu - φ⁰_Zn – 9,059ℓqС_Zn⁼

=φ⁰_Сu- φ⁰_Zn + 0,059 (ℓqС_Cu - ℓqC_Zn)

Величини φ^о_Сu і φ^о_ℒn табличні, вони дорівнюють відповідно:

φ^о_Сu =+0,34В і φ^о_zn = -0,76В, тому

ЕРС = + 0,34- (-0,76) + 0,059 (ℓqС_Сu-ℓqС_zn)

ЕРС = 1,1 +0,059 (ℓqС_Сu-ℓqС_zn)

Виконана перша частина задачі.

Знайдемо тепер значення С_Cu; з рівняння для ЕРС маємо:

ℓqС_Си = +ℓqС_zn

Підставимо данні в задачі величини ЕРС і С_zn

ℓqС_Си = + ℓq10^-1 = – 1

Якщо прийняти, що 0,06 ≈0,059, отже

ℓqС_Си = -1-1= -2

Таким чином, С_Сu =10^-2 = 0,01

САМОСТІЙНА РОБОТА

@Задача 20

Розрахуйте величини рН за даними в таблиці концентраціям або величин концентрацій речовини за даними в таблиці величинам рН. Розрахунки зробіть для всіх стовпчиків таблиці, що відносяться до вашого варіанту. Коефіцієнт активності в розчинах сильних електролітів = 1.

№вар.	Речовина	С, моль/ л	СН+	СОН-	рН	рОН
	НСІ	10^-2
NaOH				10,5
	HCI	27 ∙ 10^-3
NaOH
	CH3COOH	5∙10^-2
КОН		10^-9
	HNО	10^-4
HN4ОН			10^-3
	NaOH	10^-4
НСІ				4,89
	CH3COOH	4,8 ∙ 10^-2
КОН			10^-5
	НСІ	10^-4
NaOH					4,5
	HNО2	1.5 ∙ 10 ^-3
КОН	10^-5
	CH3COOH	9,5 ∙ 10^-2
NaOH
	HN4ОН	10 -3
НСІ					10^-12

@Задача 21

Розрахуйте рН за даними таблиці (концентрація кислоти і солі однакові)

№ вар.	Буферна суміш	К-ть кислоти, мл	К-ть солі, мл
	CH3COOH CH3COONa
	NaН2РО4 Na2НРО4

@Задача 22

Розрахуйте співвідношення кислоти і солі (концентрації рівні) в буферній суміші з величинами рН наведеними в таблиці.

№ вар.	Буферна суміш	рН буферної суміші
	КН2РО4 Na2НРО4	6,81
	СН3СООН СН3СООNa	4,75
	Н2СО3 NaНСО3	7,3

@Задача 23

Розрахуйте рН за даними таблиці.

№ вар.	Гальванічний елемент	ЕРС	рН стандартного електроду
	Рt/Хz, Н^+// КСІ // Нg2СІ2 / Нg	0,337	-
	Рt/Хz, Н^+сm // КСІ // H^+ Хz / Рt	0,260	2,04
	Нg /Нg2СІ2, КСІ //КСІ //Н^+/ (Н2)Рt	0,434	-
	Рt/Хz, Н^+// КСІ // Нg2СІ2, КСІ/ Нg	0,245	-

& ТИМ, ХТО ХОЧЕ ЗНАТИ БІЛЬШЕ

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ

Електрохімічним елементом називається прилад, в якому енергія хімічних реакцій, що протікають на електродах, перетворюється в електричну енергію.

Назві «електрохімічний елемент» відповідає назва «гальванічний елемент», яка складалася історично.

Дія гальванічний елементів як джерела напруги заснована на хімічній природі електродів та електролітів. Вони називаються первинними джерелами струму, на відміну від акумуляторів – вторинних джерел струму, які потребують періодичної зарядки від інших джерел струму.

Розрізняють три типи гальванічних елементів: хімічні, концентраційні та окисно-відновні. Проте процеси, які відбуваються в цих гальванічних елементах, цілком аналогічні. На одному з електродів проходить окиснення, в результаті чого на ньому накопичуються електрони і він заряджається негативно, а на другому електроді йде реакція відновлення і цей електрод заряджається позитивно. Хімічний елемент складається з двох різних за природою, а концентраційний – з двох однакових електродів, занурених у розчини різних концентрацій. Окисно-відновними елементами називають прилади, в яких обидва або хоча б один з електродів є окисно-відновним.

При схематичному записі гальванічних елементів дотримуються таких правил: спочатку вказують хімічний символ або назву електрода, потім – хімічний символ або назву розчину електроліту, який контактує з електродом, далі – розчин, в який занурений другий електрод, і, нарешті, вказують хімічний символ або назву другого електрода. Межі поділу фаз електрод-розчин позначають вертикальними рисками, межі між двома розчинами – двома вертикальними рисками. Полярність електродів вказують на початку і в кінці рядка в дужках:

(-) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄| Cu (+).

Якщо електрод або розчин містять декілька речовин, їх хімічні символи розділяють комами:

(-) Pt, H₂| H₂SO₄|| CuSO₄, H₂SO₄ | Cu (+).

Першим (зліва) записують електрод, який при роботі гальванічного елемента заряджається негативно. Цей електрод називають анодом. Другий електрод – катод, що під час роботи заряджається позитивно, в схематичному записі гальванічного ланцюга записують справа.

J Тест по темі “Електрохімія”

Питання	Варіанти відповіді
1. В процесах електролізу…	а) електрична енергія перетворюється в хімічну; б) хімічна енергія перетворюється в електричну; в) перетворень енергії не відбувається.
2. Одиницями еквівалентної електропровідності є…	а) ; б) ; в) ; г)
3. У розчині електролітів носіями струму є…	а) електрони; б) іони; в) електрони та іони.
4. Електропровідність - це величина, яка…	а) прямо пропорційна опору; б) не залежить від опору; в) обернена до опору.
5. Закон Кольрауша:	а) 0 = Lа - Lк; б) 0 = Lk - Lа; в) 0 = Lа+ Lк
6. Питома електропровідність розчинів…	а) зменшується із зменшенням концентрації електроліту; б) зменшується із збільшенням концентрації електроліта; в) зростає із зменшенням концентрації; г) зростає із збільшенням концентрації електроліту.
7. Рухливість іонів залежить від…	а) розмірів і степені гідратації іонів; б) розмірів іонів,але не залежить від степені гідратації іонів; в) степені гідратації іонів і не залежить від розмірів іонів.
8. В процесах виникнення електрорушійної сили…	а) електрична енергія перетворюється в хімічну; б) хімічна енергія перетворюється в електричну; в) перетворень енергії не відбувається.
9. Питома електропровідність вимірюється в одиницях:	а) См/см; б)1/Ом∙см; в) Ом/см; г) см/Ом; д) См/Ом∙см.
10. Для температури 298 К рівняння Нернста при переході від натурального логорифма до десяткового приймає вигляд:	а) Е = Е^о - lg m; б) Е = Е^о + lg m; в) Е = Е^о - lg m; г) Е = Е^о + lg m
11. Ряд стандартних електродних потенціалів утворюється при розташуванні…	а) неметалів в порядку зростання значень їх стандартних потенціалів; б) неметалів в порядку зменшення значень їх стандартних потенціалів; в) металів в порядку зростання значень їх стандартних потенціалів; г) металів в порядку зменшення значень їх стандартних потенціалів.
12. Електрохімія - це розділ фізичної хімії, в якому вивчаються закономірності взаємних перетворень…	а) фізичної та хімічної форм енергії, б) фізичної та електричної форм енергії; в) хімічної та електричної форм енергії.

´ КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:

1. Що вивчає електрохімія?

2. Наведіть приклади сильних електролітів.

3. Дайте визначення еквівалентної електропровідності.

4. Що таке питома електропровідність? В яких одиницях її вимірюють?

5. Як пов’язані між собою еквівалентна і питома електропровідності?

6. Що таке молярна електропровідність при нескінченному розбавленні?

7. Як трактується закон незалежного руху іонів (Кольрауша)?

8. Наведіть рівняння Кольрауша.

9. Які два іони мають найбільшу рухомість?

10. Яка причина виникнення потенціалу на межі «метал-розчин»?

11. Що таке стандартний електродний потенціал?

12. Поясніть, як на поверхні електрода виникає подвійний електричний шар?

13. Що таке електродний потенціал? Від чого залежить значення електродного потенціалу?

14. Виведіть рівняння Нернста для розрахунку електродного потенціалу і проаналізуйте його.

15. Як класифікують електроди?

16. Які ви знаєте напрями застосування електрохімії?

17. Еквівалентна електрична провідність для нескінченних розведених водних розчинів СН₃СООН і NaCl при 25^оС становить відповідно 38,71 10^-3 і 12,64 10^-3 м²/Ом екв, хоча кислота – слабкий, а сіль – сильний електроліт. У чому причина такої великої різниці у величинах?

18. Творче завдання: Підготовити інформацію про вчених-хіміків, які стали лауреатами Нобелівської премії та за які досягнення.

ТЕМА 1.4. ХІМІЧНА КІНЕТИКА І КАТАЛІЗ

Дата добавления: 2014-11-29