Короткі теоретичні відомості. Електрохімічними називають хімічні процеси, які відбуваються за рахунок підведеної ззовні електричної енергії

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ПРОЦЕСИ. ГАЛЬВАНІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ

Електрохімічними називають хімічні процеси, які відбуваються за рахунок підведеної ззовні електричної енергії, або, навпаки, самі є джерелом її утворення.

Вихідним поняттям у електрохімії є поняття про електродний потенціал (j), який вимірюють у вольтах. j - кількісна величина, що характеризує здатність окисно-відновної системи до окиснення та відновлення. Чим менше її значення, тим легше окислюється відновлена форма системи (Red); чим воно більше, тим легше проходить процес відновлення окисленої форми (Ox).

Рівняння Нернста характеризує залежність j від природи окисно-відновної системи, концентрації потенціалутворюючих іонів і температури. Для стандартних умов рівняння Нернста має вигляд:

j_Ox/Red = j⁰_Ox/Red + ,

де j⁰_Ox/Red - стандартний електродний потенціал системи,

z - число електронів у електродній реакції,

[Ox], [Red] – концентрації окисленої та відновленої форм системи відповідно.

Для металічних електродів рівняння Нернста спрощується до:

j = j⁰ + [Me ^{z +}],

а для водневого електрода:

j = 0,059lg[H⁺] = - 0,059pH.

Гальванічний елемент – це технічний пристрій, в якому енергія окисно-відновної реакції безпосередньо перетворюється на електричну за рахунок розділення у просторі процесів окиснення (анод) і відновлення (катод). Необхідно пам’ятати, що > . Електрорушійна сила гальванічного елемента (ЕРС, або просто Е) розраховується як різниця потенціалів:

ЕРС = - .

Приклад. Складіть схему гальванічного елемента, утвореного пластинками з цинку та заліза, зануреними у розчини солей цих металів з концентраціями відповідно 0,01 і 0,1 моль/л. Запишіть рівняння електродних реакцій та сумарної струмоутворюючої реакції. Розрахуйте ЕРС гальванічного елемента.

Розв’язання. Для визначення анода та катода у більшості випадків достатньо скористатись значеннями стандартних електродних потенціалів (див. додаток, табл.4):

= - 0,76 B < = - 0,44 B, тому анодом є цинк.

Рівняння анодного процесу:

А(-): Zn⁰ - 2 e = Zn²⁺.

Анод негативно заряджений відносно зовнішнього електричного кола.

Рівняння катодного процесу:

К(+): Fe²⁺ + 2 e = Fe⁰.

Катод позитивно заряджений відносно зовнішнього електричного кола.

Якщо скласти два рівняння, одержимо рівняння сумарної струмоутворюючої реакції в іонно-молекулярному вигляді:

Zn²⁺ + Fe⁰ = Zn⁰ + Fe²⁺,

або у молекулярному вигляді:

ZnSO₄ + Fe = Zn + FeSO₄.

Схема гальванічного елемента записується так:

Zn⁰ | Zn²⁺ || Fe²⁺ |Fe⁰.

Вертикальною рискою позначено межу між електродом та електролітом, двома рисками – межу поділу між електролітами (пориста перегородка).

Розраховуємо значення потенціалів анода та катода згідно з рівнянням Нернста:

= - 0,76 + = - 0,76 + » - 0,82 В,

= - 0,44 + » - 0,47 В.

Тоді

ЕРС = - = - 0,47 - (- 0,82) = 0,35 В.

Дата добавления: 2015-05-24