Уравнение Нернста

Электрохимическое поведение металлов в водных растворах.

По своему поведению при электролизе водных растворов все металлы можно разделить на три группы:

1)активные металлы Li→Mn – никогда не выделяются на катоде из-за высокой восстановительной способности, вместо них выделяется Н2.

2)металлы – средней активности, Mn→H2 могут выделяться на катоде вместе с водородом.

3)Малоактивные металлы Н2→ выделяются на катоде в первую очередь, водород не выделяется.

Аноды: Инертные – не участвующие в процессе электролиза. Анод называется активным или растворимым если он участвует в процессе электролиза.

Электролиз K₂SO₄

К(-) _: 2 H₂O + 2e ---> H₂ + 2 0H^-

А(+): 2 H₂O - 4e ---> 4 H⁺ + O₂

Электролиз Cu(NO₃)₂

а) Графитовый анод
А(+): 2 H₂O - 4e ---> 4 H⁺ + O₂ | 1 | - окисление E⁰(H₂O/O₂) = 1,23 В
К(-): Сu²⁺ + 2e ---> Cu⁰ | 2 | - восстановление E⁰(Cu²⁺/Cu) = 0,34 В
--------------------------------------
2 Cu²⁺ + 2 H₂O --эл. ток--> 2 Cu + 4 H⁺ + O₂
--------------------------------------
2 Cu(NO₃)₂ + 2 H₂O --эл. ток--> 2 Cu + 4 HNO₃ + O₂
По закону Фарадея определим массу выделившегося кислорода и меди на электродах:
m(O₂) = I * t * Mэ(O₂) / F = 6 * 7200 * (32/4) / 96500 = 3,58 г
m(Cu) = I * t * Mэ(Сu) / F = 6 * 7200 * (64/2) / 96500 = 14,33 г
б) Медный анод
А(+)/Сu: Cu⁰ - 2e ---> Сu²⁺ | 1 | - окисление
К(-): Сu²⁺ + 2e ---> Cu⁰ | 1 | - восстановление
----------------------------------------
Cu⁰ + Сu²⁺ --эл. ток--> Сu²⁺ + Cu⁰
----------------------------------------
Cu⁰ + Cu(NO₃)₂ --эл. ток--> Cu(NO₃)₂ + Cu⁰
Т.о. медь с анод переходит на катод.
По закону Фарадея определим массу выделившегося меди на катоде:
m(Cu) = I * t * Mэ(Сu) / F = 6 * 7200 * (64/2) / 96500 = 14,33 г

№29.

Ряд стандартных электродных потенциалов характеризует химическое поведение металлов и их солей в водных растворах при температуре 298,15 К; зависимость же значений электродных потенциалов от концентрации ионов в растворе и температуры определяется уравнением Нернста:

где R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль·К);

Т - термодинамическая температура, К;

n - заряд иона;

F – постоянная Фарадея, равная 96485 Кл/моль;

CMen+ - молярная концентрация ионов в растворе, моль/л

При подстановке числовых значений универсальной газовой постоянной и постоянной Фарадея и при переходе к десятичным логарифмам, при температуре 298,15 К уравнение электродного потенциала принимает вид:

Электродвижущая сила гальванического элемента (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура. Зависит от материала электродов и состава электролита. ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю. Сейчас широко распространены следующие гальванические элементы.

угольно-цинковые (солевые) 1,5 дешёвые

щелочные (алкалиновые) 1,6 высокий ток, ёмкие

никельоксигидроксидные (NiOOH) 1,6 высокий ток, очень ёмкие

литиевые 3,0 очень высокий ток, очень ёмкие

Электролиз – совокупность процессов, протекающих при пропускании постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из 2 электродов и раствора или расплава электролиза.

Законы электролиза:

1)масса вещества, выделяющаяся на электроде, пропорциональна количеству электричества, пропущенного через раствор или раствор электролита.

2)при электролизе различных химических соединений равное количество электричества приводит к электрохимическому превращению эквивалентных количеств вещества.

m=(MэJt)/F

Число Фарадея -постоянная (F), одна из фундаментальных физических постоянных, равная произведению Авогадро числа Nа на элементарный электрический заряд е (заряд электрона):

F = Nа*е = (9,648456 ± 0,000027) (104 к моль-1.

Выход по току - это масса вещества, образованного в результате электролиза при пропускании через раствор тока определенной силы(I) в течение определенного времени (t). Рассчитывается с помощью закона Фарадея по формуле:
m = (Мэ*I*t)/F, где Мэ - эквивалентная масса вещества, равная отношению его молярной массы к количеству принятых (или отданных) электронов;

F = 96500 Кл – число Фарадея (т.е. расчет не по другим веществам - участникам реакции (реагентам или продуктам), а по значениям силы тока и времени электролиза).
Практический выход по току обычно меньше 100% (если в долях единицы - меньше 1), т.к. на практике, в реальных условиях, обязательно будут потери вещества. В таком случае выход по току равен отношению практической массы продукта электролиза к теоретической, рассчитанной по закону Фарадея; для выражения выхода в процентах результат нужно умножить на 100%. Выход продукта реакции обозначается греческой буквой "эта".

№30.

Реакции окисления на аноде также имеют свои особенности. Различают электролиз с растворимыми (активными) и нерастворимыми (инертными) металлическими анодами.

Дата добавления: 2015-05-08