ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №16

Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 753

1.1 Методичні вказівки до вивчення теоретичного матеріалу

Гальванічний елемент – система, що складається з двох електродів, у якій хімічна енергія окисно-відновної реакції перетворюється в електричну енергію. При цьому окислювально-відновна реакція протікає в напрямку, у якому ∆G < 0, роблячи корисну роботу, а ЕРС елемента завжди має позитивне значення.

Найпростішим гальванічним елементом є гальванічний елемент Якобі. Він складається з цинкової і мідної пластинок, кожна з яких занурена в розчин своєї солі. Розчини ZnSO₄ і CuSO₄ відділені один від одного простою напівпроникною перегородкою, здатною пропускати тільки іони SO₄^2-.

Цинк є більш активним металом у порівнянні з міддю. Він буде виділяти в розчин більше число іонів, а отже здобувати більш негативний заряд. При з’єднанні цинкової і мідної пластинок провідником електрони з цинкового електрода почнуть переміщатися до мідного. У гальванічному елементі буде мати місце реакція:

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu

Електрохімічна схема для даного гальванічного елемента буде мати вигляд

А ΘZn │ZnSO₄ ║CuSO₄ │Cu Å К

А Θ Zn │Zn⁺² ║Cu⁺² │Cu Å К

Анодом називається електрод, на якому протікає процес окислювання, а катодом – на якому протікає процес відновлення. Анод у гальванічному елементі – негативний електрод, катод – позитивний.

У даному гальванічному елементі ці процеси можна записати так:

На аноді Θ: Zn - 2ē = Zn⁺² – процес окислення

На катоді Å: Сu⁺² + 2ē = Cu – процес відновлення.

ЕРС гальванічного елемента дорівнює різниці електродного потенціалу катода та анода:

ЕДС = φ_К – φ_А = φ_Cu/Cu⁺² – φ _Zn/Zn⁺².

Величина електродного потенціалу залежить від концентрації (активності) іонів металу в розчині. Якщо активність іонів металу в розчині не дорівнює 1 , то значення електродного потенціалу розраховується по формулі Нернста:

φ = φ₀ +

де φ – електродний потенціал металу в розчині з активністю металу А_Ме⁺ⁿ;

φ₀ – стандартний електродний потенціал металу;

n – кількість електронів, що беруть участь у процесі окислювання чи відновлення;
А_Ме⁺ⁿ – активність іонів металу в розчині.

Абсолютне значення електродних потенціалів виміряти не можна. Звичайно визначають відносні електродні потенціали металів.

Нормальний (стандартний) водневий електрод

Як стандартний електрод, щодо якого визначають електродні потенціали металів, прийнятий нормальний водневий електрод, що являє собою платиновий електрод, покритий платиновою черню. Електрод занурюють у розчин H₂SO₄ з концентрацією іонів водню 1 г-іон/л, у посудину подається під тиском 1 атм. хімічно чистий газоподібний водень таким чином, щоб пухирці його покривали поверхню платинової пластинки. Платина насичується воднем, причому частина поглиненого водню переходить в атомарний стан. На границі платини, насиченої газоподібним воднем і іонами водню в розчині сірчаної кислоти, виникає електродний потенціал, що умовно прийнятий рівним нулю.

Водневий електрод зображують у такий спосіб:

(Pt)H₂ │H₂SO₄ чи (Н₂/Н⁺)

φ₀-0 φ₀=0

За умовну величину, що характеризує стандартний потенціал електрода, приймають ЕРС гальванічного елемента, складеного з електроду, зануреного в розчин своєї солі, з активністю іонів металу, яка дорівнює одиниці, і нормального водневого електрода.

Якщо метал у ряді активності знаходиться перед воднем, то в парі з нормальним воднем він буде анодом і піддаватися окислюванню. Значення стандартного електродного потенціалу металу буде мати знак мінус, наприклад:

ΘZn│ ZnSO₄ ║ H₂SO₄ │H₂ (Pt) Å

Θ Zn - 2ē = Zn⁺² - процес окислювання

Å 2Н⁺ + 2ē = Н₂ - процес відновлення

Стандартний електродний потенціал цинку дорівнює (- 0,76 В).

Потенціал металів у розчинах власних солей, з активністю іонів металу, рівний одиниці, обмірюваний щодо нормального водневого електрода, при температурі 25⁰С, називається стандартним електродним потенціалом.

Розташування металів в ряд по мірі зростання алгебраїчної величени стандартних електродних потенціалів утворить так званий «ряд напруг». Положення того чи іншого металу в ряді напруг характеризує його відновні властивості та окисну здатність його іонів. Чим менше значення φ₀, тим вище відновна здатність металу і тим менше окисні властивості його іонів.

З двох металів у ряді напруг роль анода буде виконувати той метал, у якого найбільш негативне значення стандартного електродного потенціалу (φ₀), а ЕРС гальванічного елемента дорівнює різниці електродних потенціалів катода та анода.

У результаті протікання через систему електричного струму відбувається зміна швидкостей електродних процесів і зменшення ЕРС гальванічного елемента.

Таблиця

Ряд напруг металів