Направление окислительно-восстановительных процессов

Принцип Ле Шателье (1884г.) – принцип подвижного равновесия

Влияние изменения внешних условий на химическое равновесие

Если на систему, находящуюся в истинном равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий, определяющих истинное положение равновесия, то в системе усилится то из направлений процесса, которое ослабляет эффект этого воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении.

Принцип Ле Шателье справедлив для любых равновесных систем, не только химических.

Влияние температуры на равновесие

Направление смещения равновесия определяется знаком теплового эффекта реакции, а степень смещения – абсолютной величиной теплового эффекта.

∆G⁰_Т =∆Н⁰- Т∆S⁰ = - RTlnK;

lnK=∆S⁰\R - ∆Н⁰\TR

Влияние давления на равновесие

Сжатие (повышение давления) смещает химическое равновесие в направлении процесса, сопровождающегося уменьшением объема, а уменьшение давления – в направлении процесса, сопровождающегося увеличением объема.

Степень смещения равновесия определяется знаком изменения объема системы (объемом негазообразных реагентов при этом пренебрегают), степень смещения определяется величиной изменения объема.

Влияние концентрации на равновесие

Введение в равновесную систему дополнительного количества какого-либо реагента смещает равновесие в направлении, при котором его концентрация уменьшается.

Степень смещения определяется стехиометрическими коэффициентами участвующих в реакции веществ.

∆G окислительно-восстановительного процесса можно определить экспериментально, например, при проведении его в гальваническом элементе.

Гальванический элемент (электролитическая или электрохимическая ячейка) - электрохимическая система, состоящая из электролитов и электродов, контактирующих между собой. На границе раздела фаз металл (электрод) – раствор может протекать электрохимическая реакция (электродный процесс) между компонентами этих фаз, в результате которой ионы переходят из одной фазы в другую, и на межфазной границе устанавливается разность электрических потенциалов, называется электродным потенциалом.

Электрохимическая ячейка (гальванический элемент) – устройство во внешней цепи служит для пропускания (или не пропускания) электронов во внешнюю цепь.

При погружении металла в воду или в раствор его соли, некоторое количество ионов металла, взаимодействуя с полярными молекулами воды, переходит в раствор в виде гидратированных ионов:

Металл + вода = гидратированные + электроны в кристалле

ионы металла в металла

растворе

Величину электродного потенциала металла определяют по отношению к потенциалу водородного электрода, условно принятого за ноль.

Разность потенциалов между стандартным водородным электродом и металлом, погруженным в раствор его соли с активностью ионов металла, равной 1, называют стандартным электродным потенциалом металла. (см.Приложение 1 )

Пусть есть гальванический элемент, в котором происходит реакция:

Zn_(г) + CuSO_4(р) = ZnSO_4(р) +Cu_(к)

Zn⁰ -2 e Zn²⁺

Cu²⁺ +2 e Cu⁰

Схема гальванического элемента

Zn Cu электромотор

ZnSO₄ CuSO₄ груз

трубка с токопроводящим раствором

анод Zn⁰ Zn²⁺ Cu²⁺ Cu⁰ катод

2 е

SO₄^2-

Изменение энергии Гиббса при окислительно-восстановительных процессах служит источником э.д.с. гальванических элементов:

∆G= -nF∆E, где

n - число моль эквивалентов вещества, участвующих в реакции;

F – постоянная Фарадея (F =96485 Кл\моль);

∆E – э.д.с. элемента

∆E⁰ =φ⁰_Сu - φ⁰_Zn

φ⁰_Сu, φ⁰_Zn – стандартные электродные потенциалы окислителя и восстановителя, значения стандартных электродных потенциалов измеряют относительно водородного электрода, для которого φ⁰_Н2=0 (табличные данные).

Направление окислительно-восстановительного процесса определяется знаком ∆E, если ∆E>0, то ∆G<0, реакция идет в прямом направлении.

Дата добавления: 2014-01-06