Электрохимические явления на границе цинк-раствор, медь-раствор. Электродный потенциал. Уравнение Нернста - Основы химии

Рассмотрим простейший гальванический элемент Даниэля-Якоби, состоящий из двух полуэлементов - цинковой и медной пластин, помещенных в растворы сульфатов цинка и меди соответственно, которые соединены между собой посредством электролитического ключа - например, полоски бумаги, смоченной раствором какого-либо электролита. Схематически данный элемент изображается следующим образом:

Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu

На поверхности каждого из электродов имеет место динамическое равновесие перехода ионов металла из электрода в раствор и обратно, характеризуемое потенциалом ДЭС (зарядом на электроде q). Если соединить медный и цинковый электроды металлическим проводником, немедленно произойдет перераспределение зарядов - электроны начнут перемещаться с электрода с более отрицательным зарядом (в нашем случае - цинкового) на электрод с более положительным зарядом (медный), т. е. в проводнике возникнет электрический ток. Изменение величины заряда каждого из электродов нарушает равновесие - на цинковом электроде начнется процесс перехода ионов из электрода в раствор (окисление металла), на медном - из раствора в электрод (восстановление металла); при этом протекание процесса на одном электроде обусловливает одновременное протекание противоположного процесса на другом:

Zno --> Zn2+ + 2е-Сu2+ + 2е - --> Сuo

Электрод, на котором при работе гальванического элемента протекает процесс окисления, называется Анодом, электрод, на котором идет процесс восстановления - Катодом. При схематическом изображении гальванических элементов слева записывают анод, справа - катод (стандартный водородный электрод всегда записывают слева). Суммарный окислительно-восстановительный процесс, происходящий в гальваническом элементе, выражается следующим уравнением:

Сu2+ + Zno --> Сuo + Zn2+

Т. о., гальванический элемент можно определить как прибор для преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую за счет пространственного разделения процессов окисления и восстановления. Работа, которую может совершить электрический ток, вырабатываемый гальваническим элементом, определяется разностью электрических потенциалов между электродами (называемой обычно просто разностью потенциалов) ДЦ и количеством прошедшего по цепи электричества

Q: (III.39)

Работа тока гальванического элемента (и, следовательно, разность потенциалов), будет максимальна при его обратимой работе, когда процессы на электродах протекают бесконечно медленно и сила тока в цепи бесконечно мала. Максимальная разность потенциалов, возникающая при обратимой работе гальванического элемента, есть электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента.

Электродным потенциалом электрода еэ называется ЭДС элемента, составленного из данного электрода и стандартного водородного электрода (см. ниже), электродный потенциал которого принят равным нулю. При этом знак электродного потенциала считают положительным, если в таком гальваническом элементе испытуемый электрод является катодом, и отрицательным, если испытуемый электрод является анодом. Необходимо отметить, что иногда электродный потенциал определяют как "разность потенциалов на границе электрод - раствор", т. е. считают его тождественным потенциалу ДЭС, что не вполне правильно (хотя эти величины взаимосвязаны). Величина электродного потенциала металлического электрода зависит от температуры и активности (концентрации) иона металла в растворе, в который опущен электрод; математически эта зависимость выражается Уравнением Нернста (здесь F - постоянная Фарадея, z - заряд иона):

В уравнении Нернста е° - Стандартный электродный потенциал, равный потенциалу электрода при активности иона металла, равной 1 моль/л. Стандартные электродные потенциалы электродов в водных растворах составляют ряд напряжений. Величина е° есть мера способности окисленной формы элемента или иона принимать электроны, т. е. восстанавливаться.

Основные

Амфотерные

Кислотные

Основные-реагируют с избытком кислоты с образованием соли и воды. Основным оксидам соответствуют основания.

1. Взаимодействие с водой(оксиды щелочных и щелочноземельных мет.)

CaO+H2O=Ca(OH)2

2. Все-с кислотами

AI2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O

3. С кислотнями оксидами

CaO+CO2=CaCO3

4. С амфотерными оксидами

Li2O+Al2O3=2LiAlO2

Амфотерные (ZnO, Al2O3,Cr2O3, MnO2)

1. Взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями.

ZnO+2HCl=ZnCl2+H2O

ZnO+2NaOH+H2O=Na2[Zn(OH)4]

2. Реагируют с основными и кислотными оксидами

ZnO+CaO=CaZnO2

ZnO+SiO2=ZnSiO3

Кислотные-реагируют с избытком щелочи с образованием соли и воды. Кислотным оксидам часто соответствуют кислоты.

1. Большинство взаимодействуют с водой

SO3+H2O=H2SO4

2. Со щелочами

NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O

3. С основными оксидами

SiO2+CaO=CaSiO3

4. С амфотерными оксидами

Al2O3+3SO3=Al2(SO4)3

Похожие статьи




Электрохимические явления на границе цинк-раствор, медь-раствор. Электродный потенциал. Уравнение Нернста - Основы химии

Предыдущая | Следующая