Сборник задач и упражнений по химии - 73 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

6.3. ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ.
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Если окислительно-восстановительную реакцию осуществить так, чтобы процессы окисления и восста-
новления были пространственно разделены, и создать возможность перехода электронов от восстановителя к
окислителю по проводнику (внешней цепи), то во внешней цепи возникнет направленное перемещение элек-
тронов – электрический ток. При этом энергия химической окислительно-восстановительной реакции превра-
щается в электрическую энергию. Устройства, в которых происходит такое превращение, называются химиче-
скими источниками электрической энергии или
гальваническими элементами.
Всякий гальванический элемент состоит из двух электродов – металлов, погруженных в растворы электроли-
тов; последние сообщаются друг с другом, обычно, через пористую перегородку. Электрод, на котором в ходе ре-
акции происходит процесс окисления, называется
анодом; электрод, на котором осуществляется восстановление,
называется
катодом.
При схематическом изображении гальванического элемента граница раздела между металлом и раствором
обозначается вертикальной чертой, граница между растворами электролитов – двойной вертикальной чертой.
Например, схема гальванического элемента, в основе работы которого лежит реакция
Zn + 2AgNO
3
= Zn(NO
3
)
2
+ 2Ag,
изображается следующим образом:
Zn Zn(NO
3
)
2
AgNO
3
Ag.
Эта же схема может быть изображена в ионной форме:
Zn Zn
2+
 Ag
+
Ag.
В данном случае металлические электроды непосредственно участвуют в происходящей реакции. На аноде
цинк окисляется
Zn – 2 е = Zn
2+
икв форме ионов переходит в раствор, а на катоде серебро восстанавливается
Ag
+
+ 1 е = Ag
и в виде металла осаждается на электроде. Складывая уравнения электродных процессов (с учетом числа при-
нимаемых и отдаваемых электронов), получаем суммарное уравнение реакции:
Zn + 2Ag
+
= Zn
2+
+ 2Ag.
В других случаях металл электрода не претерпевает изменений в ходе электронного процесса, а участвует
лишь в передаче электронов от восстановленной формы вещества к его окисленной форме. Так, в гальваниче-
ском элементе
Pt Fe
2+
, Fe
3+

−
4
MnO , Mn
2+
, H
+
Pt
роль инертных электронов играет платина. На платиновом аноде окисляется железо(II):
Fe
2+
–
1 е = Fe
3+
,
а на платиновом катоде восстанавливается марганец(VII):
−
4
MnO
+ 8H
+
+ 5 е = Mn
2+
+ 4H
2
O.
Умножив первое из этих уравнений на пять и сложив со вторым, получаем суммарное уравнение проте-
кающей реакции:
5Fe
2+
+
−
4
MnO + 8H
+
= 5Fe
3+
+ Mn
2+
+ 4H
2
O.
Максимальное напряжение гальванического элемента, отвечающее обратимому протеканию происходя-
щей в нем реакции, называется
электродвижущей силой Е (э.д.с.) элемента. Если реакция осуществляется в
стандартных условиях (
с = 1 моль/дм
3
, t = 25
o
C, P = 1 атм = 10
5
Па = 760 мм рт. ст.), то наблюдаемая при этом
э.д.с. называется
стандартной электродвижущей силой Е
0
данного элемента. Э.д.с. гальванического элемен-
та может быть представлена как разность двух
электродных потенциалов ϕ, каждый из которых отвечает по-
луреакции, протекающей на одном из электродов:
э.д.с. = ϕ
ок-ля –
ϕ
вос-ля
.
(6.3.1)
Так, для рассмотренного выше серебряно-цинкового элемента э.д.с. выражается разностью
э.д.с. =
/ZnZn/AgAg
2++
ϕ
−
ϕ
,

Страницы