Галванична елемент 18

Спонтанно удължаване процес редокс при определени условия може да създаде електрическа енергия. Процеси на преобразуване на химическата енергия в електрическа енергия може да се използва за създаване на химически източници на ток (CCS), най-простият от които е галванична клетка.

Клетката се състои от два електрода, потопени в електролит, който затваря електролитна ключа.

Металният електрод - метална потопен в собствената солев разтвор, не е инертен, и участва в реакцията на електрод. Chematichno този електрод се записва под формата на Me | Me п +. където вертикалната линия бележи границата между метала и разтвора. Нернст уравнение за метални електроди има формата

при което - концентрацията на метални йони в разтвора в мол / л.

На окисление-редукция (редокс) електрод - е инертен метал (постояннотоковото снабдяване), потопени в електролит, съдържащ двете редуцирани и окислени форми на потенциални частици. Като инертен метал често използват платина Pt. Схематично, като електрод могат да бъдат написани като Pt│Me п +. Me М +. На повърхността на инертен метал протича реакция редокси. Например, за редокси електрод Pt│Sn 4+. Sn 2+ такива реакции могат да бъдат: Sn 2+ - 2 д → Sn 4+; Sn 4+ + 2 д → Sn 2+

Нернст уравнение за редокси системи включват както катиони и концентрацията на формата

където [окислява] [RESET] - концентрацията на окислени и редуцирани форми на потенциални частици в половината реакцията.

Газова електроди се състои от инертен метал, който е в контакт едновременно с газ и разтвор, съдържащ йони на газа. Представители на газ електроди са водород, кислород, хлор и останалите електроди.

електрод водород се състои от платина плака, покрита със слой от фини платина ( "черна платина") и се потапя в разтвор на киселина, съдържащ водородни йони. Разтворът се непрекъснато преминава през потока от водород, се адсорбира върху повърхността на платина, и при електрод равновесие / разтвор се установи:

Когато водородно налягане от 101,3 кРа (1 атм), активност (концентрация) на водородни йони на 1 мол / л и Т = 298К водороден електрод се нарича стандартен водороден електрод. Потенциалът на този електрод се приема като нула.

Нернст уравнение за електрод водород има формата

където - стандартната потенциал електрод,

- концентрацията на водородните йони в разтвора в мол / л

-парциалното налягане водород горе банкомати разтвор. 1 атм.

Разглеждане на действието на електрохимичната клетка в Пример Daniel Jacobi елемент. Състои се от два съда с 1М разтвор на CuSO4 и ZnSO4. в който се потапят съответно медни и цинкови плочи, свързан проводник. Съдовете са свързани тръба нарича сол мост напълнена с разтвор на електролит (например, калиев хлорид). Електролитен сол мост е ключът.

Електрод с по-малка стойност капацитет е отрицателно заредена, е анод. Електрод с голяма стойност капацитет е заредена положително, е катод. В анода, процесът на окисляване

(Recoil електрон) при катода - процеса на възстановяване (електрон закрепването).

Халванически обикновено написани под формата на диаграми. Анод със знака (-) се записва в ляво, катод, със знака (+) се записва в дясно. Например, мед-цинков галванично Daniel Jacobi елемент верига може да бъде представена както следва:

Една вертикална линия в диаграмата показва граница между метала и електролитния разтвор, две линии - границата между разтворите (сол мост).

Когато е затворен кръг през външна верига електроните излизат от анода към катода - от цинк на мед. В този случай електродите следните реакции:

(-) анода: Zn - 2 д → Zn 2+ окислителната реакция

(+) Катод: реакция Си2 + + 2 д → Cu намаляване

Обобщавайки процесите на катода и анода, ние получаваме уравнението на окислително-редукционна реакция, поради което в клетката електрически ток:

Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu

Това уравнение се нарича настоящите производство реакции.

EMF на клетката се изчислява като разлика между катодни и анодни потенциали Е = ЕО - Да.

Ако концентрацията на йони в разтвора е 1 мол / л, електродвижещата сила се нарича стандарт. Стандартна EMF мед-цинков елемент с -

Пример 7. Изчисли едн оловно-цинкова електрохимична клетка при Т = 298К, където [Zn 2+] = 0,1mol / л и [Pb 2+] = 0,01mol / L. Посочете полюсни знаци, пишете на уравнението на електрода процеси, да направи диаграма на клетката. Посочете посоката на движение на електроните по време на затваряне на веригата.

Решение: електродвижещото напрежение на клетката, се изчислява като разлика

равновесни потенциали на катод и анод: E = Ec - ЕА.

Тъй потенциал Определящи йони концентрации, различни от 1 мол / л, изчислени от уравнението Нернст (екв 4.) стойности на електродни потенциали на цинк и олово:

Електрод с по-малка стойност капацитет е анода (цинков електрод). Провежда се реакцията на окисление:

Електрод с голяма потенциална стойност е катода (олово електрод), тя протича реакция на редукция:

(+) К: Pb 2+ + 2 д → Pb

Уравнение ток образуващ реакция: Zn + Pb 2+ → Zn 2+ + Pb.

Схемата на електрохимичната клетка: (-) Zn│Zn 2+ (0.1 М) ║Pb 2+ (0,01М) │Pb (+).

Очакваме ЕВФ на клетката:

При затворен контур на външния контур на електроните излизат от отрицателния електрод на положително зареден електрод, който е - олово да цинк.

Пример 8. Към клетката

Pt│Cr 3+ (0,1 мол / л), Cr 2+ (0,01 мол / л) + ║N (рН = 2) │N2. Pt

изчисли EMF, пишете на уравнението на електрода процеси, се равнява на текущи производство реакции показват, стълбове марка. Определяне на посоката на движение на електроните в външната верига.

Решение. електрохимичната клетка се състои от окислителната

намаляване и водородни електроди.

Потенциал редокси електрод напред чрез уравнението Нернст:

Стандартните потенциалните двойки Cr 3+ / Cr 2+. Заместването на тези задачи условия изчисляват редокс потенциала на електрода:

.

Вторият електрод на електрохимичната клетка е водороден електрод. Неговият потенциал, съгласно уравнението на Нернст:

Определяне на катода и анода. Тъй като електрод редокси има по-нисък потенциал, в клетката ще действа като анод (отрицателен полюс) и водороден електрод - катода (положителния полюс). При затваряне на веригата на първия електрод ще тече анодно окисляване процес, а вторият - на процеса на възстановяване катод:

(-) А Cr 2+ - Е → Cr 3+ 2

Общият текущ реакция, е описан от уравнението

2 Cr 2+ + 2 + Н → 2 Cr 3+ + Н2

Електроните чрез затваряне на външната верига ще се движат от отрицателния полюс на положителна от хром редокси електрод на водород.

EMF на елемента

Пример 9. който обработва се случи при електродите в концентрация електрохимична клетка с цинков електрод, ако един от електродите на концентрацията на цинкови йони Zn2 +, равно на 1 мол / л, а другият -

0,0001 мол / л? Какво е ЕДС на този елемент? Напиши схема на ЕТ.

Решение: Концентрация електрохимична клетка се състои от еднакви електроди потапят в разтвори с различни концентрации на техните соли. Ние дефинираме потенциала на двата електрода. Тъй като концентрацията на цинкови йони

на първия електрод е равно на 1 мол / л, неговия потенциал е равна на стандартната потенциал електрод на цинк :.

Потенциалът на втория електрод се изчислява от уравнението Нернст:

Първият електрод е катод, че настъпва след реакцията на редукция верига (+) К: Zn 2+ + 2 д → Zn

Втори електрод с по-малък капацитет ще анод него окислителната реакция настъпва: (-) A: Zn - 2 д → Zn 2+

Текущ формиране на реакция в клетката ще изглежда така:

Zn + Zn2 + → Zn + Zn 2+

Очакваме EMF елемент: E = Ec - Ea = - 0.763 - (- 0,881) = 0,122 V.

Това електрохимична клетка може да показва схема:

(-) Zn│Zn 2+ (0,0001 мол / л) ║Zn 2+ (1 мол / л) │Zn (+)