Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Електродні потенціали та електрорушійні сили




 

При розв’язанні задач цього розділу див. таблицю 8.

Якщо металеву пластинку опустити у воду, то катіони металу на її поверхні гідратуються полярними молекулами води і переходять у рідину. При цьому електрони, які у надлишку залишаються в металі, заряджають його поверхневий шар негативно. Виникає електростатичне притягування між гідратованими катіонами, які перейшли в рідину та поверхню металу. У результаті цього в системі встановлюється рухлива рівновага:

 

Ме +mH2O = Me(H2O)mn+ + n

у розчині на металі,

 

де n — число електронів, що беруть участь у процесі. На межі метал — рідина виникає подвійний електричний шар, що характеризується визначеним стрибком потенціалу — електродним потенціалом. Абсолютні значення електродних потенціалів вимірити не вдається. Електродні потенціали залежать від ряду факторів (природи металу, концентрації, температури та ін.). Тому звичайно визначають відносні електродні потенціали у визначених умовах – так звані стандартні електродні потенціали (Е°).

Стандартним електродним потенціалом металу називають його електродний потенціал, що виникає при зануренні металу в розчин власного іона з концентрацією (чи активністю), рівною 1 моль/л, обмірюваний у порівнянні зі стандартним водневим електродом, потенціал якого при 250С умовно приймається рівним нулю (Е° = 0; DG° = 0).

Розташовуючи метали в ряд у міру зростання їх стандартних електродних потенціалів (Е°), одержуємо так званий ряд напруг.

Положення того чи іншого металу в ряді напруг характеризує його відновну здатність, а також окисні властивості його іонів у водяних розчинах при стандартних умовах. Чим менше значення E°, тим більшими відновними властивостями володіє даний метал у вигляді простої речовини і тим менші окисні властивості виявляють його іони, і навпаки. Електродні потенціали вимірюють у приладах, що одержали назву гальванічних елементів. Окисно-відновна реакція, що характеризує роботу гальванічного елемента, протікає в напрямку, у якому ЕРС елемента має позитивне значення. У цьому випадку DG° < 0, тому що DG° =-nFE°.

Приклад 1. Стандартний електродний потенціал нікелю більше, ніж кобальту (таблиця 8). Чи зміниться це співвідношення, якщо вимірити потенціал нікелю в розчині його іонів з концентрацією 0,001 моль/л, а потенціали кобальту — у розчині з концентрацією 0,1 моль/л?

 

Таблиця 8 – Стандартні електродні потенціали (Е °) деяких металів (ряд напруг)

Електрод Е0, В Електрод Е°,B
L i+/ L i -3,045 Cd2+/Cd -0,403
Rb+/Rb -2,925 Со2+/Со -0,277
K+/K -2,924 Ni2+/Ni -0,25
Cs+/Cs -2,923 Sn 2+/Sn -0,136
Ba2+/Ba -2,90 РЬ2+/РЬ -0,127
Ca2+/Ca -2,87 Fe3+/Fe -0,037
Na+/Na -2,714 +2 -0,000
Mg2+/Mg -2,37 Sb3+/Sb + 0,20
A l 3+/A l -1,70 Bi3+/Bi +0,215
Ti2+/Ti -1,603 Cu2+/Cu +0,34
Zr4+/Zr -1,58 Cu+/Cu +0,52
Mп2+/Мп -1,18 Hg22++/2Hg +0,79
V2+/V -1,18 Ag+/Ag +0,80
Сr2+/Cr -0,913 Hg2+/Hg +0,85
Zn2+/Zn -0,763 Pt 2+/Pt +1,19
Cr3+/Cr -0,74 Au3+/Au +1,50
Fe2+/Fe -0,44 Au+/Au +1,70

Рішення. Електродний потенціал металу (Е) залежить від концентрації його іонів у розчині. Ця залежність виражається рівнянням Нернста:

 

,

 

де Е0– стандартний електродний потенціал; n – число електронів, що беруть участь у процесі; С – концентрація (при точних обчисленнях – активність) гідратованих іонів металу в розчині, моль/л; Е° для нікелю і кобальту відповідно рівні -0,25 та -0,277 В. Визначимо електродні потенціали цих металів при даних в умові концентраціях:

 

 

 

Таким чином, при концентрації, що змінилася, потенціал кобальту став більше потенціалу нікелю.

Приклад 2. Магнієву пластинку опустили в розчин його солі. При цьому електродний потенціал магнію дорівнює -2,41 В. Обчислити концентрацію іонів магнію (моль/л).

Розв’язання. Подібні задачі також розв’язуються на основі рівняння Нернста (див. приклад 1):

 

,

,

,

 

Приклад 3. Складіть схему гальванічного елемента, у якому електродами є магнієва і цинкова пластинки, опущені в розчини їхніх іонів з активною концентрацією 1 моль/л. Який метал є анодом, який катодом? Напишіть рівняння окисно-відновної реакції, що протікає в цьому гальванічному елементі, та обчисліть його ЕРС.

Розв’язання. Схема даного гальванічного елемента

 

-Мg/Mg2+//Zn2+/Zn (+).

 

Вертикальна лінійка позначає поверхню розділу між металом і розчином, а дві лінійки – границю розділу двох рідких фаз – пористу перегородку (чи сполучну трубку, заповнену розчином електроліту). Магній має менший потенціал (– 2,37 В) і є анодом, на якому протікає окисний процес:

.

 

Цинк, потенціал якого - 0,763 В, — катод, тобто електрод, на якому протікає відновний процес:

 

.

 

Рівняння окислювально-відновної реакції, що характеризує роботу даного гальванічного елемента, можна одержати, склавши електронні рівняння анодного (1) і катодного (2) процесів:

 

Mg + Zn2+=Mg2+ + Zn.

 

Для визначення ЕРС гальванічного елемента з потенціалу катода треба відняти потенціал анода. Тому що концентрація іонів у розчині дорівнює 1 моль/л, то ЕРС елемента дорівнює різниці стандартних потенціалів двох його електродів:

 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-12-08; Просмотров: 2857; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.02 сек.