Element galvanic 18

Spontan se extinde procesul redox în anumite condiții, poate crea energie electrică. Procesele de conversie a energiei chimice în energie electrică poate fi utilizată pentru a crea surse chimice de curent (CCS), dintre care cea mai simplă este o celulă galvanică.

Celula este format din doi electrozi cufundați într-un electrolit care închide cheia electrolitică.

Electrodul de metal - un metal cufundat în propria lor saramură, nu este inert, și este implicată în reacția de electrod. Chematichno acest electrod este înregistrată sub forma Me | Me n +. unde linia verticală marchează limita dintre metalul și soluția. ecuația Nernst pentru electrozi metalici are forma

în care - concentrația ionilor metalici din soluție în mol / l.

Oxidare-reducere (redox) electrod - este un metal inert (alimentare cu curent), cufundat într-un electrolit care conține ambele forme reduse și oxidate ale potențialelor particule. Pe măsură ce metalul inert folosesc adesea Pt platină. Schematic, un astfel de electrod poate fi scris ca Pt│Me n +. Me m +. Pe suprafața unui metal inert curge reacție redox. De exemplu, pentru electrod redox Pt│Sn 4+. Sn 2+ astfel de reacții pot fi: Sn 2+ - 2 ē → Sn 4+; Sn 4+ + 2 ē → Sn 2+

ecuația Nernst pentru un sisteme redox includ atât cationi și concentrația este de forma

unde [oxidată] [RESET] - concentrația formelor oxidate și reduse ale potențialelor particule în jumătate reacția.

Electrozi de gaz constau dintr-un metal inert, care este în contact simultan cu gaz și o soluție care conține ioni de gaz. Reprezentanții electrozi de gaz sunt hidrogen, oxigen, clor și ceilalți electrozi.

Electrodul de hidrogen este format dintr-o placă de platină acoperită cu un strat de platină fin ( „platină neagră“) și imersat într-o soluție de acid care conține ioni de hidrogen. Solutia a fost trecut continuu printr-un flux de hidrogen, hidrogenul este adsorbit pe suprafața de platină, iar la electrod / soluție de echilibru se stabilește:

Atunci când presiunea hidrogenului de 101,3 kPa (1 atm), activitate (concentrație) a ionilor de hidrogen de 1 mol / l și electrod de hidrogen T = 298K se numește electrodul standard de hidrogen. Potențialul acestui electrod este luată ca zero.

ecuația Nernst pentru electrodul de hidrogen are forma

unde - potențialul de electrod standard

- concentrația de ioni de hidrogen în soluție în mol / l

-presiunea parțială a hidrogenului deasupra atm soluție. 1 atm.

Luați în considerare funcționarea celulei electrochimice în elementul Exemplu Daniel Jacobi. Se compune din două vase cu o soluție 1M de CuSO4 și ZnSO4. în care sunt scufundate plăci, respectiv, cupru și zinc, conductor conectat. Vasele sunt interconectate tub numit punte de sare umplut cu o soluție de electrolit (de exemplu, KCl). punte de sare electrolitica este cheia.

Un electrod cu o valoare de capacitate mai mică este încărcată negativ, este un anod. Un electrod cu o valoare mare capacitate este încărcată pozitiv, este un catod. La anod, procesul de oxidare

(Electroni Recoil) la catod - procesul de recuperare (atașament electroni).

Celulele galvanice, de obicei, scrise sub formă de diagrame. Anodic cu semnul (-) este înregistrat pe partea stângă, un catod, cu semnul (+) este înregistrat pe dreapta. De exemplu, galvanic de cupru-zinc Daniel Jacobi circuitul element poate fi reprezentat după cum urmează:

O linie verticală în diagramă indică o delimitare între metal și soluția de electrolit, două linii - limita dintre soluțiile (punte de sare).

Când circuit închis printr-un circuit extern electronii merg de la anod la catod - de zinc la cupru. In acest caz electrozii următoarele reacții:

(-) Anod: Zn - 2 ē → Zn 2+ reacției de oxidare

(+) Catod: reacția de reducere Cu 2+ + 2 ē → Cu

Rezumând procesele la catod și anod, obținem ecuația unei reacții redox, datorită căruia în celula un curent electric:

Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu

Această ecuație se numește reacțiile actuale producătoare.

EMF celulei a fost calculată ca diferență între catod și anod potențialele E = Ec - Ea.

În cazul în care concentrația ionilor din soluție este de 1 mol / l, forța electromotoare se numește un standard. EMF Element standard de cupru-zinc cu -

Exemplul 7. Se calculează celule electrochimice emf plumb-zinc la T = 298K, în care [Zn2 +] = 0,1mol / l și [Pb 2+] = 0,01mol / L. Specificarea semne pol, scrie ecuația proceselor de electrod, face o diagramă a celulei. Se specifică direcția de deplasare a electronilor în timpul închiderii circuitului.

Soluție: Forța electromotoare a celulei este calculată ca diferență

Potențialele de echilibru ale catod și anod: E = Ec - Ea.

Deoarece concentrațiile ionilor potențial care determină diferite de la 1 mol / l, calculat din ecuația Nernst (eq 4.) Valorile potențiale de electrod de zinc și plumb:

Un electrod cu o valoare de capacitate mai mică este anodul (electrodul de zinc). Are loc reacția de oxidare:

Un electrod cu o valoare potențială mare este catod (electrod de plumb), se procedează la o reacție de reducere:

(+) K: Pb 2+ + 2 ē → Pb

Ecuația reacției curentului formatoare de: Zn + Pb 2+ → Zn2 + + Pb.

Schema celulei electrochimice: (-) Zn│Zn 2+ (0,1M) ║Pb 2+ (0,01M) │Pb (+).

Ne așteptăm ca EMF celulei:

Când circuit închis în circuitul extern electronii merg de la electrodul negativ la electrodul încărcat pozitiv, adică - de plumb și zinc.

Exemplul 8. Pentru a celulei

│N2 Pt│Cr 3+ (0,1 mol / l), Cr 2+ (0,01 mol / l) + ║N (= 2 pH). Pt

calcula EMF, scrie ecuația proceselor de electrod, echivalează reacțiile curente producătoare indică mărcile catarge. Se determină direcția de mișcare a electronilor în circuitul extern.

Decizie. celula electrochimică este compus din oxidare

reducerea și electrozii de hidrogen.

Electrod potențial redox transmite prin ecuația Nernst:

Cele standard de cupluri potențiali Cr 3+ / Cr 2+. Substituind aceste sarcini condiții calcula potențialul redox al electrodului:

.

Al doilea electrod al celulei electrochimice este un electrod de hidrogen. Potențialul său, conform ecuației lui Nernst:

Se determină catod și anod. Deoarece electrodul redox are un potențial mai scăzut, în celula va acționa ca anod (polul negativ) și un electrod de hidrogen - catod (polul pozitiv). La închiderea circuitului pe primul electrod va curge procesul de oxidare anodică, al doilea - procesul de recuperare catod:

(-) A Cr 2+ - ē → Cr 3+ 2

Reacția actuală formatoare totală este descrisă de ecuația

2 Cr 2+ + 2 H + → 2 Cr 3+ + H2

Electronii prin închiderea circuitului extern va trece de la polul negativ la pozitiv de electrod crom redox la hidrogen.

EMF elementului

Exemplul 9. Care procese au loc la electrozi in celula electrochimică concentrare având un electrod de zinc, dacă unul dintre electrozii concentrației de zinc ionilor Zn 2+ egală cu 1 mol / l, iar celălalt -

0,0001 mol / l? Care este EMF acestui element? Scrieți circuitul ET.

Soluție: Concentrația celulei electrochimice constă din electrozi identici imersate în soluții de diferite concentrații de săruri ale acestora. Definim potențialul ambelor electrozi. Deoarece concentrația ionilor de zinc

din primul electrod este egal cu 1 mol / l, potențialul său este egal cu potențialul de electrod standard de zinc :.

Potențialul al doilea electrod se calculează prin ecuația Nernst:

Primul electrod este un catod, apare după reacția de reducere a circuitului (+) K: Zn 2+ + 2 ē → Zn

Un al doilea electrod având o capacitate mai mică va anodului pe aceasta reacție de oxidare are loc: (-) A: Zn - 2 ē → Zn 2+

reacție în celula va arata ca curent de formare:

Zn + Zn 2+ → Zn + Zn 2+

Ne așteptăm ca element de EMF: E = Ec - Ea = - 0,763 - (- 0,881) = 0,122 V.

Această celulă electrochimică poate afișa schema:

(-) Zn│Zn 2+ (0,0001 mol / l) ║Zn 2+ (1 mol / l) │Zn (+)