Формула эдс в химии: Окислительно – восстановительный потенциал

Содержание

Калькулятор ЭДС гальванического элемента

Калькулятор ЭДС гальванического элемента – это простой инструмент, который предоставляет вам значение электродвижущей силы (EMF) для любой гальванической ячейки с заданным потенциалом электродов. Если вы немного запутались со всеми этими терминами, не волнуйтесь!

В статье ниже вы найдете краткое описание того, что такое ЭДС, как рассчитать ЭДС и примеры источников электродвижущей силы. Более того, мы подготовили объяснение окислительно-восстановительной реакции и гальванического элемента. Краткое пошаговое руководство демонстрирует использование калькулятора.

Что такое ЭДС?

ЭДС – это сокращение от электродвижущей силы. По определению, ЭДС – это сила или электрическое давление, которое генерирует ток в цепи. Единицы измерения ЭДС в вольтах [В].

Чтобы лучше понять это определение, рассмотрим типичную гальваническую ячейку, состоящую из двух электродов. Электродвижущая сила – это разность потенциалов между ними.

Кроме того, электродвижущая сила гальванического элемента определяет способность электрохимического элемента вызывать поток электронов через электрическую цепь.

Уравнение ЭДС

Электродвижущая сила электрохимической ячейки может быть рассчитана с использованием уравнения:

EMFcell [V] = Ecathode [V] – Eanode [V]

где Ecathode – это потенциал катода (в вольтах), а Eanode – это потенциал анода (в вольтах). Помните, что в ячейке потенциал катода выше, чем потенциал анода.

Электропотенциал анода и катода

Если вы хотите найти потенциал металлического электрода, один из способов – проверить гальванический ряд и найти конкретный металл в таблице. Второй способ – рассчитать его, используя уравнение Нерста, также известное как уравнение потенциала ячейки. Эта формула позволяет рассчитать восстановительный потенциал полуклеточной или полной клеточной реакции.

В таблице ниже вы можете найти электропотенциал металлов:

Стандартные электродные потенциалы металлов при 25 °С

Электрод


Электродная реакция


Потенциалы Е°, В


Li / Li+


Li+ + e= Li


-3,045


Rb / Rb+


Rb+ + e= Rb


-2,925


K / K+


K+ + e= K


-2,924


Cs / Cs+


Cs+ + e= Cs


-2,923


Ba / Ba2+


Ba2+ + 2e= Ba


-2,905


Sr / Sr2+


Sr2+ + 2e= Sr


-2,888


Ca / Ca2+


Ca2+ + 2e

–= Ca


-2,866


Na / Na+


Na+ + e= Na


-2,714


Mg / Mg2+


Mg2+ + 2e= Mg


-2,363


Sc / Sc3+


Sc3+ +3e= Sc


-2,077


Be / Be2+


Be2+ + 2e= Be


-1,847


Al / Al3+


Al3+ + 3e= Al


-1,660


Mn / Mn2+


Mn2+ + 2e= Mn


-1,179


Cr / Cr2+


Cr2+ + 2e= Cr


-0,913


Zn / Zn2+


Zn2+ + 2e= Zn


-0,760


Fe / Fe2+


Fe2+ + 2e= Fe


-0,440


Cd / Cd2+


Cd2+ + 2e= Cd


-0,400


Co / Co2+


Co2

+ + 2e= Co


-0,277


Ni / Ni2+


Ni2+ + 2e= Ni


-0,250


Sn / Sn2+


Sn2+ + 2e= Sn


-0,136


Pb / Pb2+


Pb2+ + 2e= Pb


-0,126


h3 / H+


2H+ + 2e= H2


 0,000


Sb / Sb3+


Sb3+ + 3e= Sb


+0,2


Bi / Bi3+


Bi3+ + 3e= Bi


+0,23


Cu / Cu2+


Cu2+ + 2e= Cu


+0,337


Hg / Hg+


Hg+ + 1e= Hg


+0,788


Ag / Ag+


Ag+ + e= Ag


+0,799


Pd / Pd2+


Pd2+ 2e= Pd


+0,987


Pt / Pt2+


Pt2+ + 2e= Pt


+1,188


Au / Au+


Au+ + e= Au


+1,692


Как рассчитать ЭДС?

Взгляните на пример расчета ЭДС ниже.

Давайте рассмотрим ячейку Даниэля – простую электрохимическую ячейку, изобретенную в 1836 году Джоном Фредериком Даниэлем (британский химик и метеоролог). В этой ячейке медь погружается в раствор сульфата меди (II), а цинк – в раствор сульфата цинка.

Схема ячейки: (-) Zn | Zn2 + || Cu2 + | Cu (+)

Проверьте потенциал металла: электродный потенциал цинка составляет -0,76 В, а меди – +0,34 В ⇒ из-за более низкого потенциала цинк является анодом, а медь – катодом. Введите эти значения в наш калькулятор.

Рассчитайте значение ЭДС электрохимической ячейки, используя уравнение:
EMFcell = +0,34 В – (-0,76 В) = 1,10 В

Электродвижущая сила ячейки Даниэля равна 1,10 вольт.

Источники электродвижущей силы

Ниже вы можете найти несколько примеров источников ЭМП:

  • батареи
  • генераторы переменного тока
  • гальванические элементы
  • солнечные батареи
  • топливные элементы
  • термопары
  • некоторые живые организмы (например, электрический угорь)

Каждый из перечисленных выше источников ЭДС содержит источник энергии, который вызывает поток электрических зарядов. Этими источниками могут быть химические процессы (в батареях, топливе и гальванических элементах), механические силы (в генераторах), электромагнитное излучение, излучаемое Солнцем (в солнечных элементах) и разность температур (в термопарах).

Типы электрохимических ячеек

Электрохимическая ячейка является одним из видов источников энергии. Его можно создать, поместив металлические электроды в электролит, где химическая реакция генерирует или использует электрический ток.

Электрохимические элементы, которые генерируют электрический ток, называются гальваническими элементами (названными в честь их изобретателя, итальянского физика Алессандро Вольта) или гальваническими элементами (названными в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани).

Обычные батареи состоят из одного или нескольких таких элементов. В других электрохимических элементах электрический ток, подаваемый извне, используется для запуска химической реакции (которая не должна происходить самопроизвольно).

Окислительно-восстановительная реакция

Процессы восстановления и окисления происходят только вместе (невозможно, чтобы эти реакции происходили отдельно). Вот почему окислительно-восстановительные реакции могут быть описаны как две полуреакции, одна представляет процесс окисления, а другая – процесс восстановления. Давайте посмотрим на это на примере ячейки Даниэля.

В ячейке Даниэля медь погружается в раствор сульфата меди (II), а цинк – в раствор сульфата цинка. В этой ячейке цинк действует как анод (из-за более низкого электрического потенциала), а медь действует как катод (из-за более высокого электропотенциала):

E⁰ цинкового электрода = -0,76 В
E⁰ медного электрода = +0,34 В
Общая химическая реакция клетки Даниэля: Zn (s) + Cu2⁺ (aq) → Zn²⁺ (aq) + Cu (s)

Окисление (на аноде): Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻

Восстановление (на катоде): Cu2⁺ (aq) + 2e⁻ → Cu (s)

Количество электронов, потерянных восстановителем, равно числу электронов, полученных окислителем (для любой окислительно-восстановительной реакции).

Электродвижущая сила ЭДС – Справочник химика 21

    На поверхности контакта двух проводящих фаз электрохимической системы (различной химической природы, агрегатного состояния и типа проводимости) наблюдаются скачки потенциала. Сумма скачков потенциала на всех границах раздела фаз равновесной электрохимической системы называется электродвижущей силой (ЭДС) элемента или цепи. Она может быть непосредственно измерена как разность потенциалов фаз, находящихся на концах цепи. Для электрохимических систем характерны три основные типа скачков потенциала скачки потенциала металл — раствор, раствор — раствор и металл — металл. [c.280]
    Основная характеристика гальванического элемента — электродвижущая сила (эдс) равна разности его электродных потенциалов  [c.135]

    Стандартные потенциалы металлов, расположенные в порядке возрастания их алгебраической величины, образуют так называемый ряд напряжений металлов, или ряд стандартных электродных потенциалов. Для определения электродвижущей силы (ЭДС) гальванического элемента следует из стандартного потенциала с большей алгебраической величиной вычесть стандартный потенциал с меньшей алгебраической величиной. Так, ЭДС медно-цинкового гальванического элемента составляет (см. приложение V) [c.126]

    Электродвижущая сила (ЭДС) химического источника тока равна разности электродных потенциалов катода, и анода. Существует большое количество гальванических элементов, важнейшие из которых приведены в табл. 96. [c.155]

    ЭНЕРГЕТИКА ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ И СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ (ЭДС) [c.227]

    Таким образом, разность потенциалов на концах равновесной электрохимической цепи однозначно связана с изменением свободной энергии Гиббса в ходе соответствующей химической реакции. Величина Е, т. е. разность потенциалов на концах равновесной электрохимической цепи, называется ее электродвижущей, силой (ЭДС). Если же на отдельных фазовых границах (хотя бы на одной) равновесие не устанавливается, то разность потенциалов на концах цепи не равна ЭДС и уравнение (VI. 19) оказывается неприменимым. Величина пРЕ характеризует максимальную электрическую работу, которую можно получить при помощи электрохимической цепи. Уравнение (VI.19) служит основой для расчета АО различных химических реакций. Часто электрохимический метод определения изобарного потенциала имеет существенные преимущества перед термохимическим методом. [c.118]

    Основной характеристикой электрохимической системы является электродвижущая сила (ЭДС) — разность потенциалов между двумя металлическими электродами, измеряемая при протекании обратимых процессов в системе. [c.314]

    Разность потенциалов электродов гальванического элемента называется его электродвижущей силой ЭДС( ). При расчете значения Е принято из значения потенциала фз электрода, записанного в обозначении состава гальванического элемента справа, вычесть значение потенциала ф1 электрода, записанного в обозначении состава слева, в начале записи Е = = Ф2—Ф1- [c.188]

    Разность электродных потенциалов — это электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента. Так как водородный электрод служит электродом сравнения, для которого о=ОВ, то измеряемая ЭДС рассматриваемого элемента — это потенциал медного электрода по отношению к водородному. Ниже значения электродных потенциалов будем обозначать символом Е (иногда пользуются символом ф), как и ЭДС электродных реакций. Таким образом, потенциалы металлов можно сравнивать по ЭДС гальванической цепи с водородным электродом. [c.326]


    Потенциометрические методы основаны на измерении потенциалов различных электродов или, точнее, электродвижущих сил (ЭДС) различных цепей, поскольку экспериментально измеряется именно ЭДС, являющаяся разностью потенциалов. [c.240]

    Электрохимическая цепь находится в равновесии, если на всех межфазных границах достигнуто равновесие и исключен диффузионный потенциал. В этом случае разность потенциалов между концами проводников первого рода, присоединенных к электродам, называется электродвижущей силой (ЭДС) гальванического элемента.[c.218]

    Если в цепи 1 > Уз, то ток всегда течет от к Уд для того чтобы цепь была замкнутой, ток внутри электрической батареи — источника тока — должен течь в обратную сторону, т. е. от отрицательного электрода к положительному. Это осуществляется за счет так называемой электродвижущей силы (ЭДС), уравновешивающей разность потенциалов во внешней цепи и падение потенциала на внутреннем сопротивлении Ло батареи  [c.185]

    Разность электродных потенциалов Е — это электродвижущая сила (эдс) гальванического элемента. Так как водородный электрод служит электродом сравнения, для которого °н /н2 = = 0, то измеряемая эдс рассматриваемого элемента — это потенциал медного электрода по отношению к водородному. [c.261]

    Определение энергии Гиббса процесса. Подобно энтальпии ЛЯ и энтропии 5 величину ЬС физико-химических процессов можно определить экспериментально. Один из широко применяемых методов определения ДС окислительно-восстановительных реакций заключается в проведении их в гальваническом элементе и измерении его электродвижущей силы (эдс). Рассмотрим этот метод определения ДС7 на примере реакции вытеснения цинком меди из раствора сульфата меди  [c.203]

    Электродвижущая сила (ЭДС) этой цепи при протекании какой-либо химической реакции в стандартных условиях (температура 25°С, давление 1 атм, концентрации всех веществ в ячейках- [c.163]

    По табл. 93 находим, что для С1 – -С1 о= 1,359 В, а для SOi S05 o = = 0,17 В. Разность стандартных потенциалов ионов, участвующих в реакции, называется электродвижущей силой (ЭДС) реакции. Чем больше ЭДС, тем энергичнее протекает реакция. Для реакции окисления сульфит-иона ЭДС равна [c.150]

    Вертикальные черточки здесь обозначают поверхности раздела фаз. В случае положительной электродвижущей силы (ЭДС) слева располагают отрицательный электрод, справа — положительный. Для того чтобы учесть соединение меди и цинка (непосредственное или с помощью промежуточных металлов), про- [c.232]

    Соединение электродов металлическим проводником приводит к возникновению электрического тока. Следовательно, в этой системе возникает электродвижущая сила — ЭДС элемента. 3)та ЭДС способна совершать работу по переносу электрона по металлическому проводнику (а следовательно, и любые виды работы, в которые можно преобразовать энергию электрического тока) за счет химической реакции окисления — восстановления. Таким образом, гальванический элемент представляет собой устройство, в котором уменьшение термодинамического потенциала в результате окислительно-восстановительной реакции преобразуется в энергию электрического тока. [c.294]

    Электродвижущая сила элемента. Электрическая работа равна произведению разности потенциалов на количество электричества. Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента, называется электродвижущей силой (ЭДС) элемента. Она равна разности равновесных потенциалов катода и анода элемента. Если на электродах превращается один моль эквивалентов вещества, то по закону Фарадея через систему протекает один фарадей электричества, при превращении одного моля вещества — п фарадеев электричества, равное числу молей эквивалентов в одном моле вещества. Таким образом, максимальная электрическая работа гальванического элемента при превращении одного моля вещества равна [c.194]

    Устройство, схематически изображенное на рис. 6.1, называют гальваническим элементом, а каждый из сосудов, содержащий раствор и платиновую пластину, — электродом или полуэлемеитом, хотя собственно электродом часто называют платиновую или другую пластину, служащую проводником электронов. При проведении реакции в гальваническом элементе химическая энергия превращается в электрическую. Электродвижущая сила ЭДС гальванического элемента может быть измерена с помощью потенциометра. Она непосредственно характеризует способность электронов данного восстановителя переходить к данному окислителю. [c.105]

    Что называется электродвижущей силой (ЭДС) гальванического элемента  [c.74]

    Если теперь пластинку любого металла, погруженную в раствор его соли, содержащий 1 моль ионов металла в 1000 г воды, соединить с водородным электродом, как показано на рис. 5.7, то получится гальванический элемент, электродвижущую силу (ЭДС) которого легко измерить. Эта ЭДС, измеренная при 25 С, и называется стандартным электродным потенциалом данного металла (обычно обозначается ). [c.158]

    Теплоемкость Коэффициент диффузии Плотность вещества Электродвижущая сила (ЭДС) Напряжение разложения Тепловое напряжение разложения Электрон [c.4]

    Напряжением разложения разл в ваннах и электродвижущей силой (ЭДС) в ХИТ называют разность равновесных потенциалов системы  [c.11]


    Величина электродвижущей силы (ЭДС) различных термопар при температуре холодного спая С° [c.473]

    Электродвижущая сила (ЭДС) этой реакции имеет положительное значение  [c.148]

    Электродвижущая сила (эдс) химического источника тока представляет собой разность потенциалов положительного и отрицательного электродов  [c. 18]

    По определению условный (относительный) окислительно-восстановительный потенциал редокс-пары (эмектродпый потенциал редокс-пары) — это электродвижущая сила (ЭДС) гальванической цепи, составленной из данного окислительно-восстановительного электрода и стандартного водородного электрода При этом в схеме записи гальва- [c.149]

    Элeктpoxимичe кaя цепь является равновесной при условии, что электрохимическое равновесие имеет место на каждой из ее фазовых границ. Разность потенциалов на концах такой цепи называется электродвижущей силой (ЭДС) цепи. Рассмотрим цепь а (рис. 2.1) и предположим, что электрод М1 — цинковый, электрод М2 — хлорсеребряный, а раствором электролита служит 2пС12- В этом случае, как следует из рисунка, [c.80]

    Назовем потенциалом реакции Е, или электродвижущей силой (ЭДС) реакции величину, равную ра шости окислительно-восстановительных потенциалов редокс-пар (т. е. их электродных потенциалов). В рассматриваемом случае [c. 154]

    При стандартных условиях, т. е. при 298,15 К,/)Н2 = 1,013 -10 Па и Смп04- = Смпг+—Сн+ =1 моль/л, электродвижущая сила (эдс) этого элемента равна 1,51 В, Значит, стандартный электродный потенциал Мп04 /Мп составляет 1,51 В. Аналогично определяют стандартный электродный потенциал системы Ы0з / Ы02 он равен -(-0,94 В. [c.330]

    Если замкнуть внешнюю цепь на сопротивление, то будет происходить лишь выделение бесполезной теплоты, затрачиваемой на нагревание сопротивления, при этом полезная работа Л не производится (см. (2.19)]. Соединив же гальванический элемент с электромотором, робратная электродвижущая сила (эдс) практически уравновесит эдс элемента, получим иной результат тепловая потеря станет минимальной, а раСюта, нао рот, достигнет предельного значения К тому же [c.204]

    НлО+ -1-е-=Н-1-Н20 Если пластинку металла, погруженную в раствор его соли с активностью ионов, равной единице, соединить со стандартным водородным электродом, как показано на рис. 62, то получится гальванический элемент (электрохимическая цепь), электродвижущую силу (ЭДС) которого легко измерить. ЭДС, измеренная при 25 °С, и будет величиной стандартного электродного потенциала металла. Стандартный электродньсй потенциал обычно обозначают Е°. [c.230]

    Если на одном и том же электроде могут осуществляться две реакции и более, то предпочтительней оказывается та, для протекания которой требуется наименьщая электродвижущая сила (ЭДС). [c.166]

    Важнейшей количественной характеристикой электрохимического элемента является электродвижущая сила (ЭДС, обозначаемая в дальнейшем буквой ), которая равна равновесной разности потенциалов между двумя полуэлемен-тами. [c.238]

    Внутренние потенциалы отдельных фаз ср е и ф , к сожалению, экспериментально измерить нельзя. Любая попытка подключить раствор с помощью провода к измерительному прибору вызывает появление новой поверхности соприкосновения фаз поверхность соприкосновения провода с раствором, на которой возникает свойственное ей редоксиравновесие. Например, если провод сделан из меди, возникает равновесие Си ” + 2е Си. Следовательно, при попытке подключить раствор к измерительному прибору возникает новый электрод со своей разностью потенциалов фаз. Из обоих электродов образуется гальванический элемент, электродвижущая сила (ЭДС) которого алгебраически складывается из разностей потенциалов отдельных электродов. ЭДС такого гальванического элемента можно измерить. [c.89]

    Как осуществляется взаимодер]ствие двух окисли-Тельно-Босстаиовительных систем при работе гальванического элемента н что называют его электродвижущей силой (ЭДС)  [c.258]


ЭДС гальванического элемента | Задания 251-255

 

Решение задач на составление схемы гальванического элемента

 

 

Задание 251.
При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001 М растворе, а другой такой же электрод – в 0,01 М растворе сульфата никеля. Ответ: 0,0295 В.
Решение:
Гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла будет работать при условии, что электроды будут опущены в растворы солей с разной концентрацией. Схема гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится  в 0,001М растворе, а другой – в 0,01М растворе сульфата никеля имеет вид:

Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

Е0стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность).

Определим электродные потенциалы никелевых электродов при разных концентрациях ионов серебра Ni2+, получим:

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода, получим:

Ответ: 0,0295 В.


Задание 252.
Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Рb2+] = [Мg2+] = 0,01 моль/л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ: 2,244 В.
Решение:
Схема гальванического элемента

Вертикальная линейка обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линейки – границу раздела двух жидких фаз – пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал (—2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Мg0 – 2  = Mg2+  (1)

Свинец, потенциал которой -0,127 В – катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Pb2+ + 2   = Pb0   (2)

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов: 

Mg0 + Pb2+ = Mg2+ + Pb0

Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

Е0стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность). Определим электродные потенциалы кадмия и меди при заданных концентрациях:

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода, получим:

Если концентрацию каждого из ионов Mg2+ и  Pb2+ увеличить в одинаковое число раз, то ЭДС гальванического элемента не изменится, так как при этом соответственно будут уменьшаться численные значения потенциалов металлов, а разница между значениями их не изменится. Например, при увеличении концентрации ионов в 100 раз концентрация их примет значения 1 моль/л, а потенциалы электродов станут равными стандартным потенциалам металлов, то ЭДС = -0,127 – (-2,37) = 2,243 В.  

Ответ: 2,243 В.


Задание 253.
Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом – анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.
Решение:
а) Схема гальванического элемента, в котором никель является катодом:

Вертикальная линейка обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линейки – границу раздела двух жидких фаз – пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Mg0 – 2   = Mg2+  (1)

Никель, потенциал которой -0,25 В – катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Ni2+ + 2   = Ni0   (2)

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов: 

Mg0 + Ni2+ = Mg2+ + Ni0

б) Схема гальванического элемента, в котором никель является анодом:

Никель имеет меньший потенциал (-0,25 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Ni0 – 2   = Ni2+  (1)

Медь, потенциал которой (+0,34 В) – катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Сu2+ + 2   = Сu0   (2)

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов: 

Ni0 + Cu2+ = Ni2+ + Cu0


 Задание 254.
Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.
Решение:
Стандартные электродные потенциалы железа и серебра соответственно равны -0,44 В и +0,80 В. Исходя из того, что железо имеет более электроотрицательный потенциал, чем водород 0,00 В, то между железом и раствором серной кислоты проходит реакция (железо вытесняет водород из кислоты), и железная пластинка при этом будет уменьшаться по массе:

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

Исходя из того, что серебро имеет более электроположительный потенциал, чем водород, то между серебром и раствором серной кислоты  реакция не проходит. Но так как железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты, то между ними будет проходить окислительно-восстановительный процесс, в котором железная пластина будет анодом, а серебряная – катодом. 

На аноде протекает процесс:

Fe0 → Fe2+ + 2 

На катоде серебряной пластинке будут разряжаться ионы водорода:

+   + 2  → Н20

Схема гальванического элемента имеет вид:

   (-) Fe | Fe2+ || 2H+ | H2, Ag (+)


Задание 255.
Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Мg2+] = [Cd2+] = 1 моль/л. Изменится ли значение ЭДС, если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л? Ответ: 1,967 В.
Решение:
Магний имеет меньший потенциал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

Mg0 – 2   = Mg2+  (1)

Кадмий, потенциал которой (-0,403 В) – катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

Cd2+ + 2   = Cd0   (2)

Схема гальванического элемента имеет вид:

Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

Е0 – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность). Определим электродные потенциалы кадмия и меди при заданных концентрациях:

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода, получим:

Рассчитаем электродные потенциалы магния и кадмия при концентрации их ионов в растворе равной 0,01 моль/л:

Рассчитаем ЭДС:

Таким образом, ЭДС гальванического элемента при равном уменьшении концентрации ионов металлов в их растворах не изменяется.

Ответ: 1,967 В.

 

 

Занятие 1

%PDF-1.5 % 1 0 obj > /Metadata 2 0 R /PageLayout /OneColumn /Pages 3 0 R /StructTreeRoot 4 0 R /Type /Catalog >> endobj 5 0 obj /CreationDate (D:20141031085413+03’00’) /Creator /Keywords () /ModDate (D:20141031085421+03’00’) /Producer (Adobe PDF Library 10.0) /SourceModified (D:20141031055348) /Subject () /Title >> endobj 2 0 obj > stream 2014-10-31T08:54:21+03:002014-10-31T08:54:13+03:002014-10-31T08:54:21+03:00Acrobat PDFMaker 10.1 для Worduuid:6231a161-2615-443a-986e-e1dd01ca90e4uuid:25028417-6bdf-4189-a47c-62a4b0015fc9

  • 3
  • application/pdf
  • Занятие 1
  • Loner-XP
  • Adobe PDF Library 10.0D:20141031055348IskrasoftДокумент endstream endobj 3 0 obj > endobj 4 0 obj > endobj 6 0 obj > endobj 7 0 obj > endobj 8 0 obj > endobj 9 0 obj > endobj 10 0 obj > endobj 11 0 obj > endobj 12 0 obj > endobj 13 0 obj > endobj 14 0 obj > endobj 15 0 obj > endobj 16 0 obj > endobj 17 0 obj > endobj 18 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 0 /Type /Page /Annots [1380 0 R] >> endobj 19 0 obj > /ExtGState > /Font > >> /Rotate 0 /StructParents 1 /Type /Page >> endobj 20 0 obj > /ExtGState > /Font > >> /Rotate 0 /StructParents 2 /Type /Page >> endobj 21 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 3 /Type /Page >> endobj 22 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 4 /Type /Page >> endobj 23 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 5 /Type /Page >> endobj 24 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 6 /Type /Page >> endobj 25 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 7 /Type /Page >> endobj 26 0 obj > /ExtGState > /Font > >> /Rotate 0 /StructParents 8 /Type /Page >> endobj 27 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 9 /Type /Page >> endobj 28 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 10 /Type /Page >> endobj 29 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 11 /Type /Page >> endobj 30 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 12 /Type /Page >> endobj 31 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 13 /Type /Page >> endobj 32 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 14 /Type /Page >> endobj 33 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 15 /Type /Page >> endobj 34 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 16 /Type /Page >> endobj 35 0 obj > /ExtGState > /Font > >> /Rotate 0 /StructParents 17 /Type /Page >> endobj 36 0 obj > /ExtGState > /Font > >> /Rotate 0 /StructParents 18 /Type /Page >> endobj 37 0 obj > /ExtGState > /Font > >> /Rotate 0 /StructParents 19 /Type /Page >> endobj 38 0 obj > /ExtGState > /Font > >> /Rotate 0 /StructParents 20 /Type /Page >> endobj 39 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 21 /Type /Page >> endobj 40 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 22 /Type /Page >> endobj 41 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 23 /Type /Page >> endobj 42 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 24 /Type /Page >> endobj 43 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 25 /Type /Page >> endobj 44 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 26 /Type /Page >> endobj 45 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 27 /Type /Page >> endobj 46 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 28 /Type /Page >> endobj 47 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 29 /Type /Page >> endobj 48 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 30 /Type /Page >> endobj 49 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 31 /Type /Page >> endobj 50 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 32 /Type /Page >> endobj 51 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 33 /Type /Page >> endobj 52 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 34 /Type /Page >> endobj 53 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 35 /Type /Page >> endobj 54 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 36 /Type /Page >> endobj 55 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 37 /Type /Page >> endobj 56 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 38 /Type /Page >> endobj 57 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 39 /Type /Page >> endobj 58 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 40 /Type /Page >> endobj 59 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 41 /Type /Page >> endobj 60 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 42 /Type /Page >> endobj 61 0 obj > /ExtGState > /Font > /XObject > >> /Rotate 0 /StructParents 43 /Type /Page >> endobj 62 0 obj > /ExtGState > /Font > >> /Rotate 0 /StructParents 44 /Type /Page >> endobj 63 0 obj > /ExtGState > /Font > >> /Rotate 0 /StructParents 45 /Type /Page >> endobj 64 0 obj > endobj 65 0 obj > endobj 66 0 obj > endobj 67 0 obj > endobj 68 0 obj > endobj 69 0 obj > endobj 70 0 obj > endobj 71 0 obj > endobj 72 0 obj > endobj 73 0 obj > endobj 74 0 obj > endobj 75 0 obj > endobj 76 0 obj > endobj 77 0 obj > endobj 78 0 obj > endobj 79 0 obj > endobj 80 0 obj > endobj 81 0 obj > endobj 82 0 obj > endobj 83 0 obj > endobj 84 0 obj > endobj 85 0 obj > endobj 86 0 obj > endobj 87 0 obj > endobj 88 0 obj > endobj 89 0 obj > endobj 90 0 obj > endobj 91 0 obj > endobj 92 0 obj > endobj 93 0 obj > endobj 94 0 obj > endobj 95 0 obj > endobj 96 0 obj > endobj 97 0 obj > endobj 98 0 obj > endobj 99 0 obj > endobj 100 0 obj > endobj 101 0 obj > endobj 102 0 obj > endobj 103 0 obj > endobj 104 0 obj > endobj 105 0 obj > endobj 106 0 obj > endobj 107 0 obj > endobj 108 0 obj > endobj 109 0 obj > endobj 110 0 obj > endobj 111 0 obj > endobj 112 0 obj > endobj 113 0 obj > endobj 114 0 obj > endobj 115 0 obj > endobj 116 0 obj > endobj 117 0 obj > endobj 118 0 obj > endobj 119 0 obj > endobj 120 0 obj > endobj 121 0 obj > endobj 122 0 obj > endobj 123 0 obj > endobj 124 0 obj > endobj 125 0 obj > endobj 126 0 obj > endobj 127 0 obj > endobj 128 0 obj > endobj 129 0 obj > endobj 130 0 obj > endobj 131 0 obj > endobj 132 0 obj > endobj 133 0 obj > endobj 134 0 obj > endobj 135 0 obj > endobj 136 0 obj > endobj 137 0 obj > endobj 138 0 obj > endobj 139 0 obj > endobj 140 0 obj > endobj 141 0 obj > endobj 142 0 obj > endobj 143 0 obj > endobj 144 0 obj > endobj 145 0 obj > endobj 146 0 obj > endobj 147 0 obj > endobj 148 0 obj > endobj 149 0 obj > endobj 150 0 obj > endobj 151 0 obj > endobj 152 0 obj > endobj 153 0 obj > endobj 154 0 obj > endobj 155 0 obj > endobj 156 0 obj > endobj 157 0 obj > endobj 158 0 obj > endobj 159 0 obj > endobj 160 0 obj > endobj 161 0 obj > endobj 162 0 obj > endobj 163 0 obj > endobj 164 0 obj > endobj 165 0 obj > endobj 166 0 obj > endobj 167 0 obj > endobj 168 0 obj > endobj 169 0 obj > endobj 170 0 obj > endobj 171 0 obj > endobj 172 0 obj > endobj 173 0 obj > endobj 174 0 obj > endobj 175 0 obj > endobj 176 0 obj > endobj 177 0 obj > endobj 178 0 obj > endobj 179 0 obj > endobj 180 0 obj > endobj 181 0 obj > endobj 182 0 obj > endobj 183 0 obj > endobj 184 0 obj > endobj 185 0 obj > endobj 186 0 obj > endobj 187 0 obj > endobj 188 0 obj > endobj 189 0 obj > endobj 190 0 obj > endobj 191 0 obj > endobj 192 0 obj > endobj 193 0 obj > endobj 194 0 obj > endobj 195 0 obj > endobj 196 0 obj > endobj 197 0 obj > endobj 198 0 obj > endobj 199 0 obj > endobj 200 0 obj > endobj 201 0 obj > endobj 202 0 obj > endobj 203 0 obj > endobj 204 0 obj > endobj 205 0 obj > endobj 206 0 obj > endobj 207 0 obj > endobj 208 0 obj > endobj 209 0 obj > endobj 210 0 obj > endobj 211 0 obj > endobj 212 0 obj > endobj 213 0 obj > endobj 214 0 obj > endobj 215 0 obj > endobj 216 0 obj > endobj 217 0 obj > endobj 218 0 obj > endobj 219 0 obj > endobj 220 0 obj > endobj 221 0 obj > endobj 222 0 obj > endobj 223 0 obj > endobj 224 0 obj > endobj 225 0 obj > endobj 226 0 obj > endobj 227 0 obj > endobj 228 0 obj > endobj 229 0 obj > endobj 230 0 obj > endobj 231 0 obj > endobj 232 0 obj > endobj 233 0 obj > endobj 234 0 obj > endobj 235 0 obj > endobj 236 0 obj > endobj 237 0 obj > endobj 238 0 obj > endobj 239 0 obj > endobj 240 0 obj > endobj 241 0 obj > endobj 242 0 obj > endobj 243 0 obj > endobj 244 0 obj > endobj 245 0 obj > endobj 246 0 obj > endobj 247 0 obj > endobj 248 0 obj > endobj 249 0 obj > endobj 250 0 obj > endobj 251 0 obj > endobj 252 0 obj > endobj 253 0 obj > endobj 254 0 obj > endobj 255 0 obj > endobj 256 0 obj > endobj 257 0 obj > endobj 258 0 obj > endobj 259 0 obj > endobj 260 0 obj > endobj 261 0 obj > endobj 262 0 obj > endobj 263 0 obj > endobj 264 0 obj > endobj 265 0 obj > endobj 266 0 obj > endobj 267 0 obj > endobj 268 0 obj > endobj 269 0 obj > endobj 270 0 obj > endobj 271 0 obj > endobj 272 0 obj > endobj 273 0 obj > endobj 274 0 obj > endobj 275 0 obj > endobj 276 0 obj > endobj 277 0 obj > endobj 278 0 obj > endobj 279 0 obj > endobj 280 0 obj > endobj 281 0 obj > endobj 282 0 obj > endobj 283 0 obj > endobj 284 0 obj > endobj 285 0 obj > endobj 286 0 obj > endobj 287 0 obj > endobj 288 0 obj > endobj 289 0 obj > endobj 290 0 obj > endobj 291 0 obj > endobj 292 0 obj > endobj 293 0 obj > endobj 294 0 obj > endobj 295 0 obj > endobj 296 0 obj > endobj 297 0 obj > endobj 298 0 obj > endobj 299 0 obj > endobj 300 0 obj > endobj 301 0 obj > endobj 302 0 obj > endobj 303 0 obj > endobj 304 0 obj > endobj 305 0 obj > endobj 306 0 obj > endobj 307 0 obj > endobj 308 0 obj > endobj 309 0 obj > endobj 310 0 obj > endobj 311 0 obj > endobj 312 0 obj > endobj 313 0 obj > endobj 314 0 obj > endobj 315 0 obj > endobj 316 0 obj > endobj 317 0 obj > endobj 318 0 obj > endobj 319 0 obj > endobj 320 0 obj > endobj 321 0 obj > endobj 322 0 obj > endobj 323 0 obj > endobj 324 0 obj > endobj 325 0 obj > endobj 326 0 obj > endobj 327 0 obj > endobj 328 0 obj > endobj 329 0 obj > endobj 330 0 obj > endobj 331 0 obj > endobj 332 0 obj > endobj 333 0 obj > endobj 334 0 obj > endobj 335 0 obj > endobj 336 0 obj > endobj 337 0 obj > endobj 338 0 obj > endobj 339 0 obj > endobj 340 0 obj > endobj 341 0 obj > endobj 342 0 obj > endobj 343 0 obj > endobj 344 0 obj > endobj 345 0 obj > endobj 346 0 obj > endobj 347 0 obj > endobj 348 0 obj > endobj 349 0 obj > endobj 350 0 obj > endobj 351 0 obj > endobj 352 0 obj > endobj 353 0 obj > endobj 354 0 obj > endobj 355 0 obj > endobj 356 0 obj > endobj 357 0 obj > endobj 358 0 obj > endobj 359 0 obj > endobj 360 0 obj > endobj 361 0 obj > endobj 362 0 obj > endobj 363 0 obj > endobj 364 0 obj > endobj 365 0 obj > endobj 366 0 obj > endobj 367 0 obj > endobj 368 0 obj > endobj 369 0 obj > endobj 370 0 obj > endobj 371 0 obj > endobj 372 0 obj > endobj 373 0 obj > endobj 374 0 obj > endobj 375 0 obj > endobj 376 0 obj > endobj 377 0 obj > endobj 378 0 obj > endobj 379 0 obj > endobj 380 0 obj > endobj 381 0 obj > endobj 382 0 obj > endobj 383 0 obj > endobj 384 0 obj > endobj 385 0 obj > endobj 386 0 obj > endobj 387 0 obj > endobj 388 0 obj > endobj 389 0 obj > endobj 390 0 obj > endobj 391 0 obj > endobj 392 0 obj > endobj 393 0 obj > endobj 394 0 obj > endobj 395 0 obj > endobj 396 0 obj > endobj 397 0 obj > endobj 398 0 obj > endobj 399 0 obj > endobj 400 0 obj > endobj 401 0 obj > endobj 402 0 obj > endobj 403 0 obj > endobj 404 0 obj > endobj 405 0 obj > endobj 406 0 obj > endobj 407 0 obj > endobj 408 0 obj > endobj 409 0 obj > endobj 410 0 obj > endobj 411 0 obj > endobj 412 0 obj > endobj 413 0 obj > endobj 414 0 obj > endobj 415 0 obj > endobj 416 0 obj > endobj 417 0 obj > endobj 418 0 obj > endobj 419 0 obj > endobj 420 0 obj > endobj 421 0 obj > endobj 422 0 obj > endobj 423 0 obj > endobj 424 0 obj > endobj 425 0 obj > endobj 426 0 obj > endobj 427 0 obj > endobj 428 0 obj > endobj 429 0 obj > endobj 430 0 obj > endobj 431 0 obj > endobj 432 0 obj > endobj 433 0 obj > endobj 434 0 obj > endobj 435 0 obj > endobj 436 0 obj > endobj 437 0 obj > endobj 438 0 obj > endobj 439 0 obj > endobj 440 0 obj > endobj 441 0 obj > endobj 442 0 obj > endobj 443 0 obj > endobj 444 0 obj > endobj 445 0 obj > endobj 446 0 obj > endobj 447 0 obj > endobj 448 0 obj > endobj 449 0 obj > endobj 450 0 obj > endobj 451 0 obj > endobj 452 0 obj > endobj 453 0 obj > endobj 454 0 obj > endobj 455 0 obj > endobj 456 0 obj > endobj 457 0 obj > endobj 458 0 obj > endobj 459 0 obj > endobj 460 0 obj > endobj 461 0 obj > endobj 462 0 obj > endobj 463 0 obj > endobj 464 0 obj > endobj 465 0 obj > endobj 466 0 obj > endobj 467 0 obj > endobj 468 0 obj > endobj 469 0 obj > endobj 470 0 obj > endobj 471 0 obj > endobj 472 0 obj > endobj 473 0 obj > endobj 474 0 obj > endobj 475 0 obj > endobj 476 0 obj > endobj 477 0 obj > endobj 478 0 obj > endobj 479 0 obj > endobj 480 0 obj > endobj 481 0 obj > endobj 482 0 obj > endobj 483 0 obj > endobj 484 0 obj > endobj 485 0 obj > endobj 486 0 obj > endobj 487 0 obj > endobj 488 0 obj > endobj 489 0 obj > endobj 490 0 obj > endobj 491 0 obj > endobj 492 0 obj > endobj 493 0 obj > endobj 494 0 obj > endobj 495 0 obj > endobj 496 0 obj > endobj 497 0 obj > endobj 498 0 obj > endobj 499 0 obj > endobj 500 0 obj > endobj 501 0 obj > endobj 502 0 obj > endobj 503 0 obj > endobj 504 0 obj > endobj 505 0 obj > endobj 506 0 obj > endobj 507 0 obj > endobj 508 0 obj > endobj 509 0 obj > endobj 510 0 obj > endobj 511 0 obj > endobj 512 0 obj > endobj 513 0 obj > endobj 514 0 obj > endobj 515 0 obj > endobj 516 0 obj > endobj 517 0 obj > endobj 518 0 obj > endobj 519 0 obj > endobj 520 0 obj > endobj 521 0 obj > endobj 522 0 obj > endobj 523 0 obj > endobj 524 0 obj > endobj 525 0 obj > endobj 526 0 obj > endobj 527 0 obj > endobj 528 0 obj > endobj 529 0 obj > endobj 530 0 obj > endobj 531 0 obj > endobj 532 0 obj > endobj 533 0 obj > endobj 534 0 obj > endobj 535 0 obj > endobj 536 0 obj > endobj 537 0 obj > endobj 538 0 obj > endobj 539 0 obj > endobj 540 0 obj > endobj 541 0 obj > endobj 542 0 obj > endobj 543 0 obj > endobj 544 0 obj > endobj 545 0 obj > endobj 546 0 obj > endobj 547 0 obj > endobj 548 0 obj > endobj 549 0 obj > endobj 550 0 obj > endobj 551 0 obj > endobj 552 0 obj > endobj 553 0 obj > endobj 554 0 obj > endobj 555 0 obj > endobj 556 0 obj > endobj 557 0 obj > endobj 558 0 obj > endobj 559 0 obj > endobj 560 0 obj > endobj 561 0 obj > endobj 562 0 obj > endobj 563 0 obj > endobj 564 0 obj > endobj 565 0 obj > endobj 566 0 obj > endobj 567 0 obj > endobj 568 0 obj > endobj 569 0 obj > endobj 570 0 obj > endobj 571 0 obj > endobj 572 0 obj > endobj 573 0 obj > endobj 574 0 obj > endobj 575 0 obj > endobj 576 0 obj > endobj 577 0 obj > endobj 578 0 obj > endobj 579 0 obj > endobj 580 0 obj > endobj 581 0 obj > endobj 582 0 obj > endobj 583 0 obj > endobj 584 0 obj > endobj 585 0 obj > endobj 586 0 obj > endobj 587 0 obj > endobj 588 0 obj > endobj 589 0 obj > endobj 590 0 obj > endobj 591 0 obj > endobj 592 0 obj > endobj 593 0 obj > endobj 594 0 obj > endobj 595 0 obj > endobj 596 0 obj > endobj 597 0 obj > endobj 598 0 obj > endobj 599 0 obj > endobj 600 0 obj > endobj 601 0 obj > endobj 602 0 obj > endobj 603 0 obj > endobj 604 0 obj > endobj 605 0 obj > endobj 606 0 obj > endobj 607 0 obj > endobj 608 0 obj > endobj 609 0 obj > endobj 610 0 obj > endobj 611 0 obj > endobj 612 0 obj > endobj 613 0 obj > endobj 614 0 obj > endobj 615 0 obj > endobj 616 0 obj > endobj 617 0 obj > endobj 618 0 obj > endobj 619 0 obj > endobj 620 0 obj > endobj 621 0 obj > endobj 622 0 obj > endobj 623 0 obj > endobj 624 0 obj > endobj 625 0 obj > endobj 626 0 obj > endobj 627 0 obj > endobj 628 0 obj > endobj 629 0 obj > endobj 630 0 obj > endobj 631 0 obj > endobj 632 0 obj > endobj 633 0 obj > endobj 634 0 obj > endobj 635 0 obj > endobj 636 0 obj > endobj 637 0 obj > endobj 638 0 obj > endobj 639 0 obj > endobj 640 0 obj > endobj 641 0 obj > endobj 642 0 obj > endobj 643 0 obj > endobj 644 0 obj > endobj 645 0 obj > endobj 646 0 obj > endobj 647 0 obj > endobj 648 0 obj > endobj 649 0 obj > endobj 650 0 obj > endobj 651 0 obj > endobj 652 0 obj > endobj 653 0 obj > endobj 654 0 obj > endobj 655 0 obj > endobj 656 0 obj > endobj 657 0 obj > endobj 658 0 obj > endobj 659 0 obj > endobj 660 0 obj > endobj 661 0 obj > endobj 662 0 obj > endobj 663 0 obj > endobj 664 0 obj > endobj 665 0 obj > endobj 666 0 obj > endobj 667 0 obj > endobj 668 0 obj > endobj 669 0 obj > endobj 670 0 obj > endobj 671 0 obj > endobj 672 0 obj > endobj 673 0 obj > endobj 674 0 obj > endobj 675 0 obj > endobj 676 0 obj > endobj 677 0 obj > endobj 678 0 obj > endobj 679 0 obj > endobj 680 0 obj > endobj 681 0 obj > endobj 682 0 obj > endobj 683 0 obj > endobj 684 0 obj > endobj 685 0 obj > endobj 686 0 obj > endobj 687 0 obj > endobj 688 0 obj > endobj 689 0 obj > endobj 690 0 obj > endobj 691 0 obj > endobj 692 0 obj > endobj 693 0 obj > endobj 694 0 obj > endobj 695 0 obj > endobj 696 0 obj > endobj 697 0 obj > endobj 698 0 obj > endobj 699 0 obj > endobj 700 0 obj > endobj 701 0 obj > endobj 702 0 obj > endobj 703 0 obj > endobj 704 0 obj > endobj 705 0 obj > endobj 706 0 obj > endobj 707 0 obj > endobj 708 0 obj > endobj 709 0 obj > endobj 710 0 obj > endobj 711 0 obj > endobj 712 0 obj > endobj 713 0 obj > endobj 714 0 obj > endobj 715 0 obj > endobj 716 0 obj > endobj 717 0 obj > endobj 718 0 obj > endobj 719 0 obj > endobj 720 0 obj > endobj 721 0 obj > endobj 722 0 obj > endobj 723 0 obj > endobj 724 0 obj > endobj 725 0 obj > endobj 726 0 obj > endobj 727 0 obj > endobj 728 0 obj > endobj 729 0 obj > endobj 730 0 obj > endobj 731 0 obj > endobj 732 0 obj > endobj 733 0 obj > endobj 734 0 obj > endobj 735 0 obj > endobj 736 0 obj > endobj 737 0 obj > endobj 738 0 obj > endobj 739 0 obj > endobj 740 0 obj > endobj 741 0 obj > endobj 742 0 obj > endobj 743 0 obj > endobj 744 0 obj > endobj 745 0 obj > endobj 746 0 obj > endobj 747 0 obj > endobj 748 0 obj > endobj 749 0 obj > endobj 750 0 obj > endobj 751 0 obj > endobj 752 0 obj > endobj 753 0 obj > endobj 754 0 obj > endobj 755 0 obj > endobj 756 0 obj > endobj 757 0 obj > endobj 758 0 obj > endobj 759 0 obj > endobj 760 0 obj > endobj 761 0 obj > endobj 762 0 obj > endobj 763 0 obj > endobj 764 0 obj > endobj 765 0 obj > endobj 766 0 obj > endobj 767 0 obj > endobj 768 0 obj > endobj 769 0 obj > endobj 770 0 obj > endobj 771 0 obj > endobj 772 0 obj > endobj 773 0 obj > endobj 774 0 obj > endobj 775 0 obj > endobj 776 0 obj > endobj 777 0 obj > endobj 778 0 obj > endobj 779 0 obj > endobj 780 0 obj > endobj 781 0 obj > endobj 782 0 obj > endobj 783 0 obj > endobj 784 0 obj > endobj 785 0 obj > endobj 786 0 obj > endobj 787 0 obj > endobj 788 0 obj > endobj 789 0 obj > endobj 790 0 obj > endobj 791 0 obj > endobj 792 0 obj > endobj 793 0 obj > endobj 794 0 obj > endobj 795 0 obj > endobj 796 0 obj > endobj 797 0 obj > endobj 798 0 obj > endobj 799 0 obj > endobj 800 0 obj > endobj 801 0 obj > endobj 802 0 obj > endobj 803 0 obj > endobj 804 0 obj > endobj 805 0 obj > endobj 806 0 obj > endobj 807 0 obj > endobj 808 0 obj > endobj 809 0 obj > endobj 810 0 obj > endobj 811 0 obj > endobj 812 0 obj > endobj 813 0 obj > endobj 814 0 obj > endobj 815 0 obj > endobj 816 0 obj > endobj 817 0 obj > endobj 818 0 obj > endobj 819 0 obj > endobj 820 0 obj > endobj 821 0 obj > endobj 822 0 obj > endobj 823 0 obj > endobj 824 0 obj > endobj 825 0 obj > endobj 826 0 obj > endobj 827 0 obj > endobj 828 0 obj > endobj 829 0 obj > endobj 830 0 obj > endobj 831 0 obj > endobj 832 0 obj > endobj 833 0 obj > endobj 834 0 obj > endobj 835 0 obj > endobj 836 0 obj > endobj 837 0 obj > endobj 838 0 obj > endobj 839 0 obj > endobj 840 0 obj > endobj 841 0 obj > endobj 842 0 obj > endobj 843 0 obj > endobj 844 0 obj > endobj 845 0 obj > endobj 846 0 obj > endobj 847 0 obj > endobj 848 0 obj > endobj 849 0 obj > endobj 850 0 obj > endobj 851 0 obj > endobj 852 0 obj > endobj 853 0 obj > endobj 854 0 obj > endobj 855 0 obj > endobj 856 0 obj > endobj 857 0 obj > endobj 858 0 obj > endobj 859 0 obj > endobj 860 0 obj > endobj 861 0 obj > endobj 862 0 obj > endobj 863 0 obj > endobj 864 0 obj > endobj 865 0 obj > endobj 866 0 obj > endobj 867 0 obj > endobj 868 0 obj > endobj 869 0 obj > endobj 870 0 obj > endobj 871 0 obj > endobj 872 0 obj > endobj 873 0 obj > endobj 874 0 obj > endobj 875 0 obj > endobj 876 0 obj > endobj 877 0 obj > endobj 878 0 obj > endobj 879 0 obj > endobj 880 0 obj > endobj 881 0 obj > endobj 882 0 obj > endobj 883 0 obj > endobj 884 0 obj > endobj 885 0 obj > endobj 886 0 obj > endobj 887 0 obj > endobj 888 0 obj > endobj 889 0 obj > endobj 890 0 obj > endobj 891 0 obj > endobj 892 0 obj > endobj 893 0 obj > endobj 894 0 obj > endobj 895 0 obj > endobj 896 0 obj > endobj 897 0 obj > endobj 898 0 obj > endobj 899 0 obj > endobj 900 0 obj > endobj 901 0 obj > endobj 902 0 obj > endobj 903 0 obj > endobj 904 0 obj > endobj 905 0 obj > endobj 906 0 obj > endobj 907 0 obj > endobj 908 0 obj > endobj 909 0 obj > endobj 910 0 obj > endobj 911 0 obj > endobj 912 0 obj > endobj 913 0 obj > endobj 914 0 obj > endobj 915 0 obj > endobj 916 0 obj > endobj 917 0 obj > endobj 918 0 obj > endobj 919 0 obj > endobj 920 0 obj > endobj 921 0 obj > endobj 922 0 obj > endobj 923 0 obj > endobj 924 0 obj > endobj 925 0 obj > endobj 926 0 obj > endobj 927 0 obj > endobj 928 0 obj > endobj 929 0 obj > endobj 930 0 obj > endobj 931 0 obj > endobj 932 0 obj > endobj 933 0 obj > endobj 934 0 obj > endobj 935 0 obj > endobj 936 0 obj > endobj 937 0 obj > endobj 938 0 obj > endobj 939 0 obj > endobj 940 0 obj > endobj 941 0 obj > endobj 942 0 obj > endobj 943 0 obj > endobj 944 0 obj > endobj 945 0 obj > endobj 946 0 obj > endobj 947 0 obj > endobj 948 0 obj > endobj 949 0 obj > endobj 950 0 obj > endobj 951 0 obj > endobj 952 0 obj > endobj 953 0 obj > endobj 954 0 obj > endobj 955 0 obj > endobj 956 0 obj > endobj 957 0 obj > endobj 958 0 obj > endobj 959 0 obj > endobj 960 0 obj > endobj 961 0 obj > endobj 962 0 obj > endobj 963 0 obj > endobj 964 0 obj > endobj 965 0 obj > endobj 966 0 obj > endobj 967 0 obj > endobj 968 0 obj > endobj 969 0 obj > endobj 970 0 obj > endobj 971 0 obj > endobj 972 0 obj > endobj 973 0 obj > endobj 974 0 obj > endobj 975 0 obj > endobj 976 0 obj > endobj 977 0 obj > endobj 978 0 obj > endobj 979 0 obj > endobj 980 0 obj > endobj 981 0 obj > endobj 982 0 obj > endobj 983 0 obj > endobj 984 0 obj > endobj 985 0 obj > endobj 986 0 obj > endobj 987 0 obj > endobj 988 0 obj > endobj 989 0 obj > endobj 990 0 obj > endobj 991 0 obj > endobj 992 0 obj > endobj 993 0 obj > endobj 994 0 obj > endobj 995 0 obj > endobj 996 0 obj > endobj 997 0 obj > endobj 998 0 obj > endobj 999 0 obj > endobj 1000 0 obj > endobj 1001 0 obj > endobj 1002 0 obj > endobj 1003 0 obj > endobj 1004 0 obj > endobj 1005 0 obj > endobj 1006 0 obj > endobj 1007 0 obj > endobj 1008 0 obj > endobj 1009 0 obj > endobj 1010 0 obj > endobj 1011 0 obj > endobj 1012 0 obj > endobj 1013 0 obj > endobj 1014 0 obj > endobj 1015 0 obj > endobj 1016 0 obj > endobj 1017 0 obj > endobj 1018 0 obj > endobj 1019 0 obj > endobj 1020 0 obj > endobj 1021 0 obj > endobj 1022 0 obj > endobj 1023 0 obj > endobj 1024 0 obj > endobj 1025 0 obj > endobj 1026 0 obj > endobj 1027 0 obj > endobj 1028 0 obj > endobj 1029 0 obj > endobj 1030 0 obj > endobj 1031 0 obj > endobj 1032 0 obj > endobj 1033 0 obj > endobj 1034 0 obj > endobj 1035 0 obj > endobj 1036 0 obj > endobj 1037 0 obj > endobj 1038 0 obj > endobj 1039 0 obj > endobj 1040 0 obj > endobj 1041 0 obj > endobj 1042 0 obj > endobj 1043 0 obj > endobj 1044 0 obj > endobj 1045 0 obj > endobj 1046 0 obj > endobj 1047 0 obj > endobj 1048 0 obj > endobj 1049 0 obj > endobj 1050 0 obj > endobj 1051 0 obj > endobj 1052 0 obj > endobj 1053 0 obj > endobj 1054 0 obj > endobj 1055 0 obj > endobj 1056 0 obj > endobj 1057 0 obj > endobj 1058 0 obj > endobj 1059 0 obj > endobj 1060 0 obj > endobj 1061 0 obj > endobj 1062 0 obj > endobj 1063 0 obj > endobj 1064 0 obj > endobj 1065 0 obj > endobj 1066 0 obj > endobj 1067 0 obj > endobj 1068 0 obj > endobj 1069 0 obj > endobj 1070 0 obj > endobj 1071 0 obj > endobj 1072 0 obj > endobj 1073 0 obj > endobj 1074 0 obj > endobj 1075 0 obj > endobj 1076 0 obj > endobj 1077 0 obj > endobj 1078 0 obj > endobj 1079 0 obj > endobj 1080 0 obj > endobj 1081 0 obj > endobj 1082 0 obj > endobj 1083 0 obj > endobj 1084 0 obj > endobj 1085 0 obj > endobj 1086 0 obj > endobj 1087 0 obj > endobj 1088 0 obj > endobj 1089 0 obj > endobj 1090 0 obj > endobj 1091 0 obj > endobj 1092 0 obj > endobj 1093 0 obj > endobj 1094 0 obj > endobj 1095 0 obj > endobj 1096 0 obj > endobj 1097 0 obj > endobj 1098 0 obj > endobj 1099 0 obj > endobj 1100 0 obj > endobj 1101 0 obj > endobj 1102 0 obj > endobj 1103 0 obj > endobj 1104 0 obj > endobj 1105 0 obj > endobj 1106 0 obj > endobj 1107 0 obj > endobj 1108 0 obj > endobj 1109 0 obj > endobj 1110 0 obj > endobj 1111 0 obj > endobj 1112 0 obj > endobj 1113 0 obj > endobj 1114 0 obj > endobj 1115 0 obj > endobj 1116 0 obj > endobj 1117 0 obj > endobj 1118 0 obj > endobj 1119 0 obj > endobj 1120 0 obj > endobj 1121 0 obj > endobj 1122 0 obj > endobj 1123 0 obj > endobj 1124 0 obj > endobj 1125 0 obj > endobj 1126 0 obj > endobj 1127 0 obj > endobj 1128 0 obj > endobj 1129 0 obj > endobj 1130 0 obj > endobj 1131 0 obj > endobj 1132 0 obj > endobj 1133 0 obj > endobj 1134 0 obj > endobj 1135 0 obj > endobj 1136 0 obj > endobj 1137 0 obj > endobj 1138 0 obj > endobj 1139 0 obj > endobj 1140 0 obj > endobj 1141 0 obj > endobj 1142 0 obj > endobj 1143 0 obj > endobj 1144 0 obj > endobj 1145 0 obj > endobj 1146 0 obj > endobj 1147 0 obj > endobj 1148 0 obj > endobj 1149 0 obj > endobj 1150 0 obj /K 1 /P 467 0 R /Pg 39 0 R /S /InlineShape >> endobj 1151 0 obj > endobj 1152 0 obj > endobj 1153 0 obj > endobj 1154 0 obj > endobj 1155 0 obj > endobj 1156 0 obj > endobj 1157 0 obj > endobj 1158 0 obj > endobj 1159 0 obj > endobj 1160 0 obj > endobj 1161 0 obj > endobj 1162 0 obj > endobj 1163 0 obj > endobj 1164 0 obj > endobj 1165 0 obj > endobj 1166 0 obj > endobj 1167 0 obj > endobj 1168 0 obj > endobj 1169 0 obj /K 10 /P 1170 0 R /Pg 42 0 R /S /InlineShape >> endobj 1170 0 obj > endobj 1171 0 obj > endobj 1172 0 obj > endobj 1173 0 obj > endobj 1174 0 obj > endobj 1175 0 obj > endobj 1176 0 obj > endobj 1177 0 obj > endobj 1178 0 obj > endobj 1179 0 obj > endobj 1180 0 obj > endobj 1181 0 obj > endobj 1182 0 obj > endobj 1183 0 obj > endobj 1184 0 obj > endobj 1185 0 obj > endobj 1186 0 obj > endobj 1187 0 obj > endobj 1188 0 obj > endobj 1189 0 obj > endobj 1190 0 obj > endobj 1191 0 obj > endobj 1192 0 obj > endobj 1193 0 obj > endobj 1194 0 obj > endobj 1195 0 obj > endobj 1196 0 obj > endobj 1197 0 obj > endobj 1198 0 obj > endobj 1199 0 obj > endobj 1200 0 obj > endobj 1201 0 obj > endobj 1202 0 obj > endobj 1203 0 obj > endobj 1204 0 obj > endobj 1205 0 obj > endobj 1206 0 obj > endobj 1207 0 obj > endobj 1208 0 obj > endobj 1209 0 obj > endobj 1210 0 obj > endobj 1211 0 obj > endobj 1212 0 obj > endobj 1213 0 obj > endobj 1214 0 obj > endobj 1215 0 obj > endobj 1216 0 obj > endobj 1217 0 obj > endobj 1218 0 obj > endobj 1219 0 obj > endobj 1220 0 obj > endobj 1221 0 obj > endobj 1222 0 obj > endobj 1223 0 obj > endobj 1224 0 obj > endobj 1225 0 obj > endobj 1226 0 obj > endobj 1227 0 obj > endobj 1228 0 obj > endobj 1229 0 obj > endobj 1230 0 obj > endobj 1231 0 obj > endobj 1232 0 obj > endobj 1233 0 obj > endobj 1234 0 obj > endobj 1235 0 obj > endobj 1236 0 obj > endobj 1237 0 obj > endobj 1238 0 obj > endobj 1239 0 obj > endobj 1240 0 obj > endobj 1241 0 obj > endobj 1242 0 obj > endobj 1243 0 obj > endobj 1244 0 obj > endobj 1245 0 obj > endobj 1246 0 obj > endobj 1247 0 obj > endobj 1248 0 obj > endobj 1249 0 obj > endobj 1250 0 obj > endobj 1251 0 obj > endobj 1252 0 obj > endobj 1253 0 obj > endobj 1254 0 obj > endobj 1255 0 obj > endobj 1256 0 obj > endobj 1257 0 obj > endobj 1258 0 obj > endobj 1259 0 obj > endobj 1260 0 obj > endobj 1261 0 obj > endobj 1262 0 obj > endobj 1263 0 obj > endobj 1264 0 obj > endobj 1265 0 obj > endobj 1266 0 obj > endobj 1267 0 obj > endobj 1268 0 obj > endobj 1269 0 obj > endobj 1270 0 obj > endobj 1271 0 obj > endobj 1272 0 obj > endobj 1273 0 obj > endobj 1274 0 obj > endobj 1275 0 obj > endobj 1276 0 obj > endobj 1277 0 obj > endobj 1278 0 obj > endobj 1279 0 obj > endobj 1280 0 obj > endobj 1281 0 obj > endobj 1282 0 obj > endobj 1283 0 obj > endobj 1284 0 obj > endobj 1285 0 obj > endobj 1286 0 obj > endobj 1287 0 obj > endobj 1288 0 obj > endobj 1289 0 obj > endobj 1290 0 obj > endobj 1291 0 obj > endobj 1292 0 obj > endobj 1293 0 obj > endobj 1294 0 obj > endobj 1295 0 obj > endobj 1296 0 obj > endobj 1297 0 obj > endobj 1298 0 obj > endobj 1299 0 obj > endobj 1300 0 obj > endobj 1301 0 obj > endobj 1302 0 obj > endobj 1303 0 obj > endobj 1304 0 obj > endobj 1305 0 obj > endobj 1306 0 obj > endobj 1307 0 obj > endobj 1308 0 obj > endobj 1309 0 obj > endobj 1310 0 obj > endobj 1311 0 obj > endobj 1312 0 obj > endobj 1313 0 obj > endobj 1314 0 obj > endobj 1315 0 obj > endobj 1316 0 obj > endobj 1317 0 obj > endobj 1318 0 obj > endobj 1319 0 obj > endobj 1320 0 obj > endobj 1321 0 obj > endobj 1322 0 obj > endobj 1323 0 obj > endobj 1324 0 obj > endobj 1325 0 obj > endobj 1326 0 obj > endobj 1327 0 obj > endobj 1328 0 obj > endobj 1329 0 obj > endobj 1330 0 obj > endobj 1331 0 obj > endobj 1332 0 obj > endobj 1333 0 obj > endobj 1334 0 obj > endobj 1335 0 obj > endobj 1336 0 obj > endobj 1337 0 obj > endobj 1338 0 obj > endobj 1339 0 obj > endobj 1340 0 obj > endobj 1341 0 obj > endobj 1342 0 obj > endobj 1343 0 obj > endobj 1344 0 obj > endobj 1345 0 obj > endobj 1346 0 obj > endobj 1347 0 obj > endobj 1348 0 obj > endobj 1349 0 obj > endobj 1350 0 obj > endobj 1351 0 obj > endobj 1352 0 obj > endobj 1353 0 obj > endobj 1354 0 obj > endobj 1355 0 obj > stream HlW% s#%||”u;wUgvDX,>zx[l>uyvq~p|?}s~c3XǷokӧq|z«?Onv;;9᭟8k7;#Ny5qmqG1z4FX8ω8\XgA`[r is4`>}}(ܚ1a!^nhט-2\95U&Z&ƱS5WbKnKqQkX _4lWh{r8Vry 9[;i6-^xhi2]?:JAxY(1–iA 3Œ’#4G ]aZ8_xpٞhxݐp5)!+68G”^8ˉ[email protected]($Eh~m9/Kb12RsIc”F:h˻2ڤcU

    Уравнение Нернста. Применение в решении задач.

    При рассмотрении вопроса об окислительно-восстановительных реакциях часто возникает необходимость расчета электродвижущей силы (ЭДС) и потенциалов отдельных полуреакций. В справочниках обычно приведены таблицы т.н. стандартных потенциалов тех или иных процессов, рассчитанных при р=1 атм, Т=298К и активностях участников равных 1. Однако в реальных задачах условия могут значительно отличаться от указанных выше. Как быть в таком случае? Ответ дает уравнение Нернста. В оригинальном виде оно выглядит так:









    Как можно заметить, в уравнении фигурируют несколько постоянных величин. Также температура в подавляющем большинстве случаев равна 298К. Кроме того, можно заменить натуральный логарифм на десятичный. Это можно сделать путем умножения на коэффициент перевода. Если собрать все постоянные в единый множитель, то приходим к несколько иному, но более знакомому по учебным пособиям виду уравнения Нернста:

    Такой вариант уравнения сильно облегчает жизнь в ряде случаев, например рассмотрении рН-зависимых процессов. Используя данное уравнение можно провести вычисления в любых условиях, приведенных в задаче. Рассмотрим характерные примеры задания по данной теме.

    Пример 1:

    Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного из медной и цинковой пластин, погруженных в растворы 0.1М CuSO4 и 0.01М ZnSO4 соответственно. Коэффициенты активности ионов Cu2+ и Zn2+ принять равными единице.

    Решение:

    Для начала запишем уравнения протекающих процессов:


    Далее находим по таблице стандартные потенциалы процессов:

    Если в условиях задачи ничего не сказано про коэффициенты активности ионов, то можно считать их равными единице, как и в нашем случае. Тогда активности участников процессов можно принять равными их аналитическим концентрациям.

    Найдем реальные потенциалы с учетом нестандартных активностей ионов:

    Далее необходимо сравнить полученные величины между собой, чтобы определить, кто из участников процесса – окислитель. Потенциал меди больше, чем у цинка, поэтому она будет окислителем. Тогда найдем ЭДС системы:

    Ответ: 1.13 В

    Пример 2:

    Одним из лабораторных способов получения хлора является действие KMnO4 на концентрированную соляную кислоту. Можно ли провести процесс при рН=4?

    Решение:

    Для начала запишем уравнения протекающих процессов.

    Далее находим по таблице стандартные потенциалы процессов:

    Несложно заметить, что от рН в данном случае зависит только потенциал перманганата. Тогда воспользуемся уравнением Нернста и рассчитаем его реальный потенциал в условиях задачи:

    Получается, что потенциал KMnO4 стал меньше, чем у хлора, а значит, реакция не пойдет.

    Ответ: процесс не идет.

    В конце приведем общий алгоритм решения задач с использованием уравнения Нернста:
    • 1) Написать уравнения полуреакций, соответствующие процессу.
    • 2) Определить, в каком из уравнений концентрации отличаются от стандартных.
    • 3) Определить число электронов, участвующих в процессе.
    • 4) Рассчитать реальные потенциалы, применяя уравнение Нернста.
    • 5) Ответить на вопрос задачи.

    Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) Кафедра «Химия и инженерная экология»

    КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ

    Общая химия Студент: Группа: Дата выполнения работы: Лабораторная работа Цель работы: КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ Основные понятия: коррозия: химическая, электрохимическая; коррозионный гальванический элемент;

    Подробнее

    Лекция 1, 2. Основы электрохимии

    Лекция 1, 2. Основы электрохимии Лектор: асс. каф. ОХХТ к.х.н. Абрамова Полина Владимировна еmail: [email protected] ПЛАН ЛЕКЦИИ I. Основные понятия II. Ряд напряжений металлов III. Гальванические элементы

    Подробнее

    ЭЛЕКТРОХИМИЯ. Лекция 2

    ЭЛЕКТРОХИМИЯ Лекция 2 Электрохимия – раздел химии, в котором изучаются химические процессы, идущие с поглощением или выделением электрической энергии. Они протекают на электродах (на границе раздела двух

    Подробнее

    ЭЛЕКТРО- ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

    ЭЛЕКТРО- ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 1. Электроды и электродные потенциалы Эл/хим. процессы окисл/восстан. реакции, протекание которых сопровождается выделением или поглощением электроэнергии: – ХИТ; – электролизёры;

    Подробнее

    Электрохимические процессы

    Электрохимические процессы План лекции 1.Основные понятия электрохимии. 2. Гальванический элемент, его ЭДС. 3. Коррозия. 4. Электролиз, законы электролиза. 2 1.Основные понятия электрохимии Электрохимические

    Подробнее

    ЭЛЕКТРОЛИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

    Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого Факультет естественных

    Подробнее

    Лекция 7, 8. Основы электрохимии

    Химия 1.2 Лекция 7, 8. Основы электрохимии Лектор: асс. каф. ОХХТ к.х.н. Абрамова Полина Владимировна еmail: [email protected] ПЛАН ЛЕКЦИИ I. Основные понятия II. Ряд напряжений металлов III. Гальванические

    Подробнее

    Тема: Электролиз расплавов и растворов

    Тема: Электролиз расплавов и растворов Учебный материал, задания с решением и для самостоятельной работы Составитель: профессор Литвинова Т.Н. Теоретическая часть. Электролиз совокупность окислительно-восстановительных

    Подробнее

    РАЗДЕЛ 6 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

    РАЗДЕЛ 6 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Электрохимия область химии, изучающая процессы с возникновением электрического тока или протекающие под его воздействием. В электрохимических процессах происходит превращение

    Подробнее

    Электрохимия. Тема 11

    Электрохимия Тема 11 Процессы на поверхности электрода При погружении металла в раствор его соли на границе раздела фаз могут происходить ионообменные процессы: Металл Раствор 2+ 2+ 2+ гидратация 2+ 2+

    Подробнее

    Электрохимические процессы

    Электрохимические процессы Электрохимические процессы это все химические процессы, связанные с переносом заряда Red1 + Ox2 = Ox1 +Red2 Zn + Cu +2 = Zn +2 + Cu Sn 2+ + Fe 3+ = Sn 4+ + Fe 2+ окисление –

    Подробнее

    ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

    ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Электрохимические процессы – процессы взаимного превращения химической и электрической энергии, основанные на окислительно-восстановительных реакциях (ОВР). Процесс преобразования

    Подробнее

    «Электрохимические процессы»

    «Электрохимические процессы» Лекция 1-2 Дисциплина «Химия 2.6» для студентов заочного отделения Лектор: к.т.н., Мачехина Ксения Игоревна * План лекции 1. Основные понятия 2. Гальванические элементы 3.

    Подробнее

    ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

    ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Инженерная защита окружающей среды» А.Г.Мохов ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ Екатеринбург

    Подробнее

    Химия. 9 класс Тема «Металлы» Электролиз

    Химия. 9 класс Тема «Металлы» Электролиз Сазонов В.В., учитель химии МОУ средней общеобразовательной школы д.васькино Нижнесергинского района Свердловской области План изучения 1. Определение электролиза

    Подробнее

    «Электрохимические процессы»

    «Электрохимические процессы» Лекция 5-6 Дисциплина «Химия 2» для студентов очного отделения Лектор: к.т.н., доцент Мачехина Ксения Игоревна * План лекции 1. Основные понятия 2. Гальванические элементы

    Подробнее

    ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ

    ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ 1. Какая из электронных формул отражает строение атома натрия: 1. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ; 2. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 ; 3. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ; 4. 1s 2 2s 1. 2. Какие

    Подробнее

    ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ

    ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Инженерная защита окружающей среды» А.Г. Мохов ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ Екатеринбург 2007

    Подробнее

    ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ И ЭДС

    ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ И ЭДС озникновение разности потенциалов на границе металл-раствор. При контакте металлической пластины с водой катионы, расположенные на поверхности металла, взаимодействуют с диполями

    Подробнее

    Гальванические элементы

    Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана Калужский филиал Кафедра химии З.Н.Пивченко Гальванические элементы Методические указания к проведению упражнений по курсу “Общая химия”

    Подробнее

    Лекция 7. Окислительновосстановительные

    Лекция 7 Окислительновосстановительные реакции 1 План лекции 1. Понятия окисления и восстановления. 2. Типичные восстановители и окислители. 3. Метод электронно-ионного баланса. 4. Окислительно-восстановительные

    Подробнее

    9 класс Учитель Черных Н.А. Серная кислота

    9 класс Учитель Черных Н.А. Серная кислота Цель урока: учащиеся должны провести анализ общих свойств минеральных кислот, и на его основе изучить свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты,

    Подробнее

    Лекция 9. Электрохимические равновесия

    Лекция 9 Электрохимические равновесия 1 План лекции 1. Электрохимический потенциал. 2. Реакции на электродах и межфазный потенциал. 3. Зависимость электродных потенциалов от концентрации. 4. Уравнение

    Подробнее

    NaOH Na + + HSO 4. (1 ступень) HSO 4 H + + SO 4

    ЗАНЯТИЕ 5 ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ СРЕДЫ. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Электролиты вещества, проводящие электрический ток. Процесс распада вещества на ионы под действием растворителя называется электролитической

    Подробнее

    Гальванический элемент в химии с примером

    Гальванический элемент (гэ). Напряжение гальванического элемента

    Гальванический элемент — это, прибор, который преобразует химическую энергию окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию.

    Схема простейшего ГЭ Даниэля-Якоби представлена на рис. 5.

    Гальванический элемент состоит из двух электродов, каждый из которых опущен в сосуд с соответствующим раствором соли: цинковый электрод погружен в раствор соли . Медный электрод погружен в раствор .

    Сосуды соединены электролитическим мостиком, заполненным концентрированным раствором электролита (например, или ), который служит ионным проводником между двумя сосудами.

    На поверхности цинковой пластины возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие

    В результате протекания этого процесса возникает электродный потенциал цинка. На поверхности медной пластины также возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие

    поэтому возникает электродный потенциал меди. Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, чем потенциал медного электрода, поэтому при замыкании внешней цепи, т.е. при соединении цинка с медью металлическим проводником, электроны будут переходит от цинка к меди. В результате перехода электронов от цинка к меди равновесие на цинковом электроде сместиться вправо, поэтому в раствор перейдет дополнительное количество ионов цинка. В то же время равновесие на медном электроде сместиться влево и произойдет разряд ионов меди.

    Итак, при работе элемента Даниэля-Якоби протекают следующие процессы:

    1) реакция окисления цинка

    Процессы окисления в электрохимии получили название анодных процессов, а электроды, на которых идут процессы окисления, называют анодами;

    2) реакция восстановления ионов меди

    Процессы восстановления в электрохимии получили название электродных процессов, а электроды, на которых идут процессы восстановления, назвают катодами;

    3) движение электронов во внешней цепи;

    4) движение ионов в растворе: через электролитический мостик анионов к аноду, катионов к катоду. Движение ионов в растворе замыкает электрическую цепь гальванического элемента. Суммируя электродные реакции, получаем

    Вследствие этой химической реакции в гальваническом элементе возникает движение электронов во внешней цепи и ионов внутри элемента, т.е. электрический ток, поэтому суммарная химическая реакция, протекающая в гальваническом элементе, называется токообразующей.

    При схематической записи, заменяющей рисунок гальванического элемента, границу раздела между проводником 1-го рода и проводником 2-го рода обозначают одной вертикальной чертой, а границу раздела между проводниками 2-го рода — двумя чертами. Схема элемента Даниэля-Якоби, например, записывается в виде:

    для упрощения в таких схемах обычно опускается внешняя цепь. Как видно, в гальваническом элементе идет химическая реакция, а во внешней цепи элемента протекает электрический ток, т.е. в гальваническом элементе происходит превращение химической энергии в электрическую.

    Электродвижущая сила. Напряжение элемента. Электрическая работа равна произведению разности потенциалов электродов на количество электричества. Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента, называется электродвижущей силон (ЭДС) элемента. Она равна разности равновесных потенциалов катода и анода элемента.

    = Если на электродах испытывает превращение один моль вещества, то по закону Фарадея через систему протекает количество электричества, равное nF, где n — число молей эквивалентов в одном моле вещества. Таким образом, максимальная электрическая работа гальванического элемента при превращении одного моля вещества равна

    где — напряжение гальванического элемента.

    В то же время максимальная полезная работа , которую может совершить система при протекании реакции при постоянном давлении, равна энергии Гиббса реакции

    Так как , то, приравнивая первые части уравнений получаем

    Значения термодинамических характеристик процесса получаются равными . Отсюда =-216800 + 16,1 Т и при температуре 25°С. = -212,3- Вт, г/моль.

    Согласно уравнения Нернста один и тот же электрод при различных концентрациях ионов имеет различное значение потенциала, поэтому возможны так называемые концентрационные ГЭ. Рассмотрим, например, ГЭ, составленный из двух медных электродов, опущенных в электролиты с разными концентрациями ионов .

    Схема такого ГЭ:

    Положим, что , тогда

    Работа в концентрационном ГЭ совершается не за счет реакции окисления восстановления, а за счет выравнивания концентрации растворов. Если концентрация электролитов отличаются в 10 раз, то напряжение (э.д.с.) ГЭ равна 0,0295 в, а если в 100 раз, то — 0,059 в.

    Применяются для определения одной из концентраций .

    Концентрационная и химическая поляризация электронов.

    На медном катоде в замкнутом элементе происходит восстановление ионов меди. При этом концентрация их при электродном слое снижается и тем сильнее, чем больше сила тока. Это затрудняет протекание реакции восстановления, и скорость катодной реакции определяется скоростью диффузии ионов к электроду. Уменьшение концентрации катионов меди по формуле Нернста приводит к уменьшению величины потенциала меди. Цинковый анод растворяется и тем с большей скоростью, чем больше сила тока. Это приводит к накоплению ионов цинка в приэлектродном слое, в результате чего его потенциал смещается по указанной причине в положительную сторону. Электроды в этом случае поляризуются благодаря изменению концентрации ионов у их поверхности. Такая поляризация носит название концентрационный или диффузионный.

    В ряде случаев кроме поляризации, при протекании тока имеет место и так называемая химическая поляризация. Для иллюстрации этого явления составим следующую цепь:

    В данном случае на платине восстанавливаются не ее ионы, поскольку их нет в растворе, а ионы водорода до атомного водорода, который адсорбируется на платине и частично растворяется в ней, а также превращается в молекулярный водород. Платиновый электрод, таким образом, превратится в водородный, т.е. изменится химическая природа электрода. При этом его потенциал сместится в отрицательную сторону. Иными словами, произойдет химическая поляризация катода, которая, как и концентрационная, приводит к уменьшению напряжения гальванического элемента.

    Классификация гальванических элементов

    Гальванический элемент состоит из двух электродов: катода (+) и анода (-) и из одного или дух электролитов, разделенных между собой пористой перегородкой, ограничивающей их смешивание. Известны типы гальванических элементов: химические, концентрационные,

    окислительно-восстановительные. В гальваническую пару можно сочетать также электроды, принадлежащие к различным видам. При таком сочетании электродов не представляется возможным классифицировать элементы, исходя из природы электродов. Классификация окажется очень громоздкой. Поэтому элементы подразделяют по другим признакам: по особенностям работы, назначению и конструкциям.

    Гальванические элементы делят на первичные химические источники тока и вторичные. К первичным относятся вес ранее рассмотренные элементы. Их можно использовать только один раз. После разряда они становятся непригодными к дальнейшей работе.

    К вторичным относят аккумуляторы (накопители электричества). Аккумулятор после разряда можно снова зарядить, г.е. превратить продукты реакции путем электролиза в исходные вещества. При этом электрическая энергия превращается в химическую.

    Первичные источники тока в свою очередь делят на элементы с жидким электролитом (наливные) и «сухие» (непроливающиеся) элементы с загущенным электролитом. Сухие элементы можно подразделить по признаку катодных деполяризаторов на элементы с твердыми окислителями, воздушной системы и смешанной марганцово-воздушной системы.

    Аккумуляторы. Аккумуляторы — обратимые гальванические элементы.

    Вещества, из которых изготовляют электроды, и электролиты подобраны в аккумуляторах с таким расчетом, чтобы обратимость химических процессов при электролизе (зарядке) достигалась с минимальной потерей энергии на побочные реакции и в виде теплоты.

    Понятно, что медно-цинковый элемент с двумя разделенными пористой перегородкой растворами не пригоден в качестве аккумулятора. Так как происходящие в нем диффузионные процессы необратимы. При этом восстановление ионов цинка до металлического при зарядке будет сопровождаться побочной реакцией восстановления водорода.

    Из огромного количества исследованных гальванических элементов удовлетворяют указанным требованиям свинцовый аккумулятор Плантэ, железо-никелевый (кадмиево-никелевый) аккумулятор Эдиссона и серебряно-цинковый аккумулятор Андре.

    Свинцовый аккумулятор (рис. 6) был изобретен в результате работ Якоби, Плате и братьев Тюдор. В незаряженном виде он состоит из свинцовых пластин, отлитых в виде решеток. Отверстия отрицательных решеток заполнены пастой из свинцового глета РЬО и воды, а положительных — суриком . Пластины сушат и путем электролиза РЬО превращают губчатый свинец, а — в двуокись свинца . После «формовки током» отрицательные пластины имеют светло-серый цвет, а положительные темно-коричневый. Такие аккумуляторы называют сухозаряженными.

    Перед использованием в аккумулятор наливают 30%-ый раствор серной кислоты.

    При этом образуется гальваническая цепь:

    с напряжением около 2 в (при 18°С в 20%-ый

    При разрядке аккумулятора на электродах протекают следующие реакции: на катоде

    на аноде

    Вещества катода и анода превращаются в сернокислый свинец, а химическая энергия — в электрическую.

    При зарядке аккумулятора на электродах протекают следующие реакции:

    на катоде

    на аноде

    Суммируя процессы зарядки и разрядки, получим:

    В гальваническом элементе катод заряжен положительно, а анод -отрицательно. При электролизе, наоборот, катод заряжен отрицательно, а анод -положительно. Однако в любом случае на катоде протекает реакция восстановления, а на аноде — окисления. При зарядке и разрядке аккумулятора полярность электродов остается неизменной.

    Исходя из равновесных потенциалов и , казалось бы, можно ожидать, что при зарядке свинцового аккумулятора на катоде будет преимущественно восстанавливаться водород, так как равновесный потенциал водородного электрода в сравнении с потенциалом свинца более положителен. В действительности же потенциал восстановления водорода на свинце благодаря его высокому перенапряжению оказывается значительно отрицательнее не только равновесного потенциала водородного электрода, но и потенциала восстановления двухвалентного свинца до металлического. Поэтому на катоде восстанавливается при зарядке только свинец.

    После того как на катоде закончится восстановление катионов свинца до металлического свинца, а на аноде — окисление , при дальнейшем электролизе на электродах наблюдается бурное выделение водорода (на катоде) и кислорода (на аноде). При этом напряжение на зажимах повышается до 2,6 в, что указывает на окончание зарядки аккумулятора и начало электролиза воды. Зарядка ведется так, чтобы температура электролита не повышалась более 40°С.

    Емкость свинцового аккумулятора около 35вт/ч (20000 кулонов) на 1 кг веса. Последняя возрастает с повышением концентрации кислоты до некоторого предела; максимум емкости соответствует концентрации кислоты около 30% (плотность 1,224).

    Свинцовый аккумулятор отдает около 80% подведенной к нему электроэнергии и дает примерно 4 а/ч на 1 дм2 поверхности пластин. Аккумулятор считают практически разряженным, если его напряжение на зажимах упало на 10% (от 2 в).

    В щелочном аккумуляторе Эдиссона электродами служат порошкообразное железо и (гидрат окиси никеля, который частично дегидратируется до ), в качестве электролита берут 21%-ный раствор КОН:

    К электролиту часто добавляют гидрат окиси лития , который заметно повышает емкость аккумулятора.

    Электроды щелочных аккумуляторов изготавливают в виде пакетов из стальной стали с большим числом отверстий для прохода электролита к действующей массе, закладываемой в пакеты. При сборке пластины изолируют одну от другой эбонитовыми стержнями.

    При разрядке на электродах протекают следующие процессы:

    на катоде

    на аноде

    Напряжение щелочного аккумулятора равна 1,33 — 1,40 в.

    При зарядке на катоде железо из гидрата закиси восстанавливается до металлического; на аноде окисляется до . Водород на железном катоде при зарядке аккумулятора не восстанавливается благодаря чрезвычайно низкой концентрации ионов водорода в растворе щелочи и значительному перенапряжению водорода на железе.

    Суммарно процесс зарядки и разрядки можно изобразить следующим уравнением:

    Максимальное напряжение при зарядке щелочного аккумулятора равно 1,8 в, конечное напряжение при разрядке 1 — 1,1 в. К.п.д. у щелочных аккумуляторов меньше, чем у свинцовых. Преимуществом щелочных аккумуляторов является их малый вес, простота ухода за ними, а также то обстоятельство, что случайные короткие замыкания не приносят такого вреда, как свинцовым аккумуляторам. При большой скорости образования сернокислого свинца он полу рыхлым, в результате чего электроды аккумулятора разрушаются.

    Срок службы щелочных аккумуляторов в зависимости от электролита составляет 250-750 циклов.

    Эта теория взята со страницы помощи по химии:

    Онлайн помощь по химии

    Возможно эти страницы вам помогут:

    Пример проблемы ЭДС электрохимической ячейки

    Электродвижущая сила ячейки или ЭДС ячейки – это суммарное напряжение между полуреакциями окисления и восстановления, имеющими место между двумя полуреакциями окислительно-восстановительного потенциала. ЭДС ячейки используется, чтобы определить, является ли ячейка гальванической. В этом примере задачи показано, как рассчитать ЭДС ячейки с использованием стандартных восстановительных потенциалов.
    Для этого примера необходима таблица стандартных восстановительных потенциалов. В домашней задаче вам должны быть предоставлены эти значения или доступ к таблице.

    Пример расчета ЭДС

    Рассмотрим окислительно-восстановительную реакцию:

    • Mg (тв) + 2 H + (водн.) → Mg 2+ (водн.) + H 2 (г)
      • а) Рассчитайте ЭДС ячейки для реакции.
      • б) Определите, является ли реакция гальванической.
    • Решение:
      • Шаг 1: Разбейте окислительно-восстановительную реакцию на полуреакции восстановления и окисления.
        Ионы водорода, H + , приобретают электроны при образовании газообразного водорода, H 2 .Атомы водорода восстанавливаются за счет полуреакции:
        2 H + + 2 e → H 2
        Магний теряет два электрона и окисляется за счет полуреакции:
        Mg → Mg 2+ + 2 e
      • Шаг 2: Найдите стандартные восстановительные потенциалы для полуреакций.
        Восстановление: E 0 = 0,0000 В
        В таблице показаны полуреакции восстановления и стандартные потенциалы восстановления. Чтобы найти E 0 для реакции окисления, переверните реакцию.
      • Обратная реакция:
        Mg 2+ + 2 e → Mg
        Эта реакция имеет E 0 = -2,372 В.
        E 0 Окисление = – E 0 Восстановление
        E 0 Окисление = – (-2,372 В) = + 2,372 В
      • Шаг 3: Сложите два E 0 вместе, чтобы найти полную ЭДС ячейки, E 0 ячейка
        E 0 ячейка = E 0 уменьшение + E 0 окисление
        E 0 ячейка = 0.0000 В + 2,372 В = +2,372 В
      • Шаг 4: Определите, является ли реакция гальванической. Окислительно-восстановительные реакции с положительным значением E 0 ячейки являются гальваническими.
        E 0 Ячейка этой реакции положительная и, следовательно, гальваническая.
    • Ответ:
      ЭДС ячейки реакции составляет +2,372 Вольт и является гальванической.

    Cell EMF – Chemistry LibreTexts

    Электродвижущая сила (ЭДС) – это максимальная разность потенциалов между двумя электродами гальванической или гальванической ячейки.2+ \: (1 \: M) \, | \, Cu _ {\ large {(s)}}} \)

    Было измерено, что

    составляет 1,100 В. Концентрация 1 M в идеальном растворе определяется как стандартное состояние, и 1,100 В, таким образом, составляет стандартную электродвижущую силу , D E o , или потенциал стандартной ячейки для гальванической ячейки \ (\ ce {Zn-Cu} \).

    Стандартный потенциал ячейки, D E o , гальванического элемента можно оценить по стандартным потенциалам восстановления двух полуэлементов E o .+ \: (1.0 \: M)} \).

    Его восстановительный или окислительный потенциал точно равен нулю.

    Восстановительные потенциалы всех других полуэлементов, измеренные в вольтах относительно SHE, представляют собой разность электрической потенциальной энергии на кулон заряда.

    Обратите внимание, что единица измерения энергии J = кулоновский вольт, а свободная энергия Гиббса G является произведением заряда q и разности потенциалов E :

    для расчета электрической энергии.2 +} \) составляет 1,0 M, а давление \ (\ ce {h3} \) составляет 1,0 атм, разность напряжений между двумя электродами будет -0,763 В (\ (\ ce {Zn} \ ) электрод является отрицательным электродом). Вышеуказанные условия называются стандартными условиями , а полученная таким образом ЭДС равна стандартному восстановительному потенциалу .

    Обратите внимание, что указанная выше ячейка находится в обратном порядке по сравнению с ячейкой, приведенной во многих учебниках, но эта компоновка дает стандартные потенциалы восстановления напрямую, потому что полуячейка \ (\ ce {Zn} \) является полуячейкой восстановления. + \ 🙁 1.\ circ = \ textrm {-3,844 В} \)

    ОБСУЖДЕНИЕ

    Отрицательный потенциал указывает на то, что обратная реакция должна быть спонтанной.

    В некоторых калькуляторах используется литиевая батарея. Атомный вес \ (\ ce {Li} \) равен 6.94, что намного легче, чем \ (\ ce {Zn} \) (65.4).

    Калькулятор ЭДС

    – Электродвижущая сила ячейки

    Калькулятор ЭДС ячейки – это простой инструмент, который предоставляет вам значение электродвижущей силы (ЭДС) для любой гальванической (гальванической) ячейки с заданным потенциалом электродов.Если вы немного запутались во всех этих терминах, не волнуйтесь! В статье ниже вы найдете краткое описание того, что такое ЭДС, как рассчитать ЭДС, а также примеры источников электродвижущей силы. Кроме того, мы подготовили объяснение окислительно-восстановительной реакции и гальванического элемента. Краткое пошаговое руководство демонстрирует использование нашего калькулятора. Прокрутите вниз, чтобы продолжить чтение!

    Что такое ЭДС?

    ЭДС – это сокращение от электродвижущей силы. По определению, ЭДС – это сила или электрическое давление, которое генерирует ток в цепи.Единицы измерения ЭДС – вольт [В].

    Чтобы лучше понять это определение, рассмотрим типичный гальванический или гальванический элемент, состоящий из двух электродов. Электродвижущая сила – это разность потенциалов между ними.

    Кроме того, электродвижущая сила гальванического элемента определяет способность электрохимического элемента вызывать поток электронов через электрическую цепь.

    Уравнение ЭДС

    Электродвижущую силу электрохимической ячейки можно рассчитать по уравнению:

    ЭДС ячейка [В] = E катод [В] – E анод [В]

    , где E катод – потенциал катода (в вольтах), а E anode – потенциал анода (в вольтах).Помните, что в ячейке потенциал катода выше, чем потенциал анода.

    Электропотенциалы анода и катода

    Если вы хотите определить потенциал металлического электрода, один из способов – проверить гальваническую серию и найти конкретный металл в таблице. Второй способ – рассчитать его с помощью уравнения Нерста, также известного как уравнение потенциала клетки. Эта формула позволяет рассчитать восстановительный потенциал реакции полуячейки или целой клетки. Щелкните здесь и узнайте, как это сделать.

    В приведенной ниже таблице можно найти электропотенциал металлов :

    Электрод E⁰ [V]
    Li / Li⁺ -3,04
    Ca / Ca²⁺ -2,86
    Мг / Мг²⁺ -2,36
    Al / Al³⁺ -1,69
    Mn / Mn²⁺ -1,18
    Zn / Zn²⁺ -0.76
    Cr / Cr³⁺ -0,74
    Fe / Fe²⁺ -0,44
    Кд / Кд²⁺ -0,40
    Co / Co²⁺ -0,28
    Ni / Ni²⁺ -0,26
    Sn / Sn²⁺ -0,14
    Pb / Pb²⁺ -0,14
    Fe / Fe³⁺ -0.04
    H₂ / 2H⁺ 0,00
    Bi / Bi³⁺ +0,32
    Cu / Cu²⁺ +0,34
    Ag / Ag⁺ +0,80
    Hg / Hg²⁺ +0,85
    Au / Au³⁺ +1,52

    Как рассчитать ЭДС?

    Взгляните на приведенный ниже пример расчета ЭДС.

    Рассмотрим элемент Даниэля – простой электрохимический элемент, изобретенный в 1836 году британским химиком и метеорологом Джоном Фредериком Дэниеллом. В этой ячейке медь погружена в раствор сульфата меди (II), а цинк – в раствор сульфата цинка.

    Схема ячейки: (-) Zn | Zn2 + || Cu2 + | Cu (+)

    1. Проверить потенциал металла: электродный потенциал цинка -0,76 В, меди +0,34 В ⇒ из-за более низкого потенциала цинк является анодом, а медь – катодом.Введите эти значения в наш калькулятор.
    2. Рассчитайте значение ЭДС электрохимической ячейки по формуле:

    ЭДС ячейка = +0,34 В – (-0,76 В) = 1,10 В

    Вот оно! Электродвижущая сила ячейки Даниэля равна 1,10 вольт.

    Источники электродвижущей силы

    Ниже вы можете найти несколько примеров источников ЭМП:

    • батареи
    • генераторы
    • гальванические элементы
    • солнечные элементы
    • топливные элементы
    • термопары
    • некоторые живые организмы (например,г., электрический угорь)

    Каждый из перечисленных выше источников ЭДС содержит источник энергии, который индуцирует поток электрических зарядов. Этими источниками могут быть химические процессы (в батареях, топливе и гальванических элементах), механические силы (в генераторах переменного тока), электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем (в солнечных элементах) и разница температур (в термопарах).

    Типы электрохимических ячеек

    Электрохимический элемент – один из видов источников энергии. Его можно создать, поместив металлические электроды в электролит, где в результате химической реакции либо генерируется, либо используется электрический ток.Электрохимические ячейки, генерирующие электрический ток, называются гальваническими ячейками (названными в честь их изобретателя, итальянского физика Алессандро Вольта) или гальваническими ячейками (названными в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани). Обычные батареи состоят из одного или нескольких таких элементов. В других электрохимических ячейках внешний электрический ток используется для запуска химической реакции (которая не может происходить спонтанно).

    Гальванический элемент

    В любом электрохимическом процессе электроны (полученные в результате окислительно-восстановительной реакции) переходят от одного химического вещества к другому.Два металлических электрода (анод и катод), погруженные в солевой раствор, создают гальванический элемент, который вызывает прохождение электрического тока. У этих металлов должна быть другая тенденция к потере электронов. Катод (+) – это электрод с более высоким электрическим потенциалом, а анод (-) – с более низким электрическим потенциалом.

    Полуреакция окисления происходит на аноде, а полуреакция восстановления происходит на катоде. И анод, и катод являются электродами, но анод заряжен отрицательно, а катод – положительно.Обычный ток идет от катода к аноду, а электроны текут от анода к катоду.

    Окислительно-восстановительная реакция

    Процессы восстановления и окисления происходят только вместе (невозможно, чтобы эти реакции происходили отдельно). Вот почему окислительно-восстановительные реакции можно описать как две полуреакции, одна представляет собой процесс окисления, а другая – процесс восстановления. Посмотрим на это на примере ячейки Даниэля. В ячейке Даниэля медь погружается в раствор сульфата меди (II), а цинк – в раствор сульфата цинка.В этой ячейке цинк действует как анод (из-за более низкого электрического потенциала), а медь действует как катод (из-за более высокого электропотенциала):

    • E⁰ из цинкового электрода = -0,76 В
    • E⁰ из меди электрода = +0,34 В

    Общая химическая реакция ячейки Даниелла: Zn (тв.) + Cu²⁺ (водн.) → Zn²⁺ (водн.) + Cu (s)

    Окисление (на аноде): Zn (s) → Zn²⁺ (водн.) + 2e⁻

    Восстановление (на катоде): Cu²⁺ (водн.) + 2e⁻ → Cu (s)

    Число электронов, потерянных восстановителем, равно числу электронов, полученных окислителем (для любой окислительно-восстановительной реакции).

    КАК РАССЧИТАТЬ ЭДС ЯЧЕЙКИ?

    Что такое электродвижущая сила (ЭДС)?

    Электродвижущая сила (ЭДС) – это самая высокая разность потенциалов между двумя электродами гальванического или гальванического элемента. Это количество отождествляется со склонностью атома принимать (приобретать) или высвобождать (терять) электроны. Например, самый экстремальный потенциал среди Zn и Cu известной ячейки был определен как 1,100 В.

    Zn (ов) | Zn2 + (1M) || Cu2 + (1M) | Cu (т)

    В идеальном растворе концентрация 1 M характеризуется как типичное состояние, а 1.100 В – это стандартная электродвижущая сила, Eo или стандартный потенциал ячейки для гальванической ячейки Zn-Cu.

    Стандартный потенциал гальванического элемента можно оценить по стандартным потенциалам восстановления двух полуэлементов. Потенциалы восстановления оцениваются по стандартному водородному аноду (SHE):

    Pt (s) | H 2 (г, 1,0 атм) | H + (1.0M)

    Его восстановительный или окислительный потенциал фактически равен нулю.

    Восстановительные потенциалы всех других полуэлементов, рассчитанные в вольтах относительно SHE, представляют собой разность потенциальной энергии (электрической) для каждого кулоновского заряда.

    Единица измерения энергии, Дж = кулон-вольт,

    Свободная энергия Гиббса (G) – это результирующая разность потенциалов (E) и заряда (q)

    G (в Дж) = q E (в КВ) для расчетов электроэнергии.

    Стандартный потенциал гальванических элементов

    Гальванический элемент состоит из двух полуэлементов.Согласно правилам записи гальванических элементов катод (восстановительный) помещается с правой стороны, а анод (окислительный) – с левой.

    Pt | h3 | H + || Zn 2+ | Zn

    Например, ячейка включает реакции восстановления и окисления:

    h3 → 2e− + 2H + анодная (окислительная) реакция

    Zn 2+ + 2e− → Zn катодная (восстановительная) реакция

    Если концентрация ионов H + и Zn 2+ равна 1.0 M и давление H 2 составляет 1,0 атм, разность напряжений между двумя электродами будет -0,763 В (катод из цинка является отрицательной клеммой). Вышеуказанные условия известны как стандартные условия, а полученная таким образом ЭДС является стандартным восстановительным потенциалом ячейки.

    Вышеупомянутое представление ячеек в порядке, обратном тому, что дано во многих учебниках; однако эта ориентация напрямую указывает на стандартные восстановительные потенциалы, поскольку Zn-полуячейка является восстановительной полуячейкой.Отрицательное напряжение предполагает, что обратная химическая реакция является спонтанной. Это соответствует тому, как металлический Zn реагирует с кислотой с образованием газа h3.

    В качестве другой модели ячейка представлена ​​как Pt | h3 | H + || Cu + | Cu состоит из реакции восстановления и реакции окисления.

    H 2 → 2e− + 2H + анодная реакция

    Cu 2+ + 2e− → Cu катодная реакция

    Стандартный потенциал ячейки равен 0,337 В.Положительный потенциал означает спонтанную реакцию,

    Cu 2+ + H 2 → Cu + 2H +

    В любом случае потенциал настолько мал, что реакция идет слишком медленно, чтобы ее можно было как-либо наблюдать.

    Видео по теме:

    Уравнения для расчета ЭДС

    Есть два основных уравнения для вычисления ЭДС. Наиболее важным определением является количество джоулей энергии (E), которое выделяет каждый кулон заряда (Q) при прохождении через ячейку.

    ε = E ÷ Q

    Здесь

    ε à символ электродвижущей силы,

    E в цепи энергии

    Q à заряд цепи.

    Если дана результирующая энергия и мера заряда, проходящего через элемент, то это простейший метод вычисления ЭДС; однако вы не будете часто получать эту информацию.

    Найдите ЭДС по формуле:

    ε = V + Ir

    Здесь

    В à напряжение ячейки

    I – ток в цепи

    r à внутреннее сопротивление ячейки.

    Его также можно записать и использовать в форме закона Ома (V = IR).

    При сравнении закона Ома с уравнением ЭДС его можно записать как:

    ε = I (R + r)

    Здесь

    I à ток

    R à сопротивление цепи

    R à внутреннее сопротивление ячейки.

    Сходство двух уравнений (a) и (b), указанных ниже

    ε = IR + Ir…. (а)

    = V + Ir…. (б)

    показывает, что вы можете вычислить ЭДС в том случае, если заданы напряжение на клеммах, протекающий ток и внутреннее сопротивление ячейки.

    Шаги для расчета ЭДС

    Пример задачи 1: Если есть цепь с разностью потенциалов 3,2 В, ток 0,6 А течет с внутренним сопротивлением батареи 0,5 Ом. Найдите ЭДС клетки.

    Sol 1: Дано: V = 3,2 V

    I = 0,6 А

    r = 0,5 Ом

    Мы знаем, что ε = V + Ir

    Подставляя указанные значения в приведенную выше формулу, получаем:

    = 3,2 В + 0.6 А × 0,5 Ом

    = 3,2 В + 0,3 В = 3,5 В

    Значит, ЭДС цепи 3,5 В.

    В приведенном выше примере показано, как вычислить ЭДС ячейки с использованием стандартных восстановительных потенциалов.

    Пример задачи 2 : Рассчитать ЭДС ячейки (при стандартных условиях), в которой металлический цинк соединяется с кислотой с образованием ионов цинка и газообразного водорода?

    Sol 2: Первый шаг – записать реакции полуэлементов в виде одноэлектронных восстановлений R:

    Если ячейка не изображена, случайным образом назначьте реакции правой и левой руки

    R : H + + e- → ½ H 2 (g) E o = 0 В (согласно определению)

    L : ½ Zn 2+ + e = Zn (s) E o = – 0.76В

    Так как ЭМП – интенсивное свойство; следовательно, это не зависит от количества реагирующего материала. Если мы разделим уравнение уменьшения на некоторое число, как это сделано во втором уравнении выше, ЭДС не изменится.

    ЭДС ячейки: E o справа – E o слева

    Таким образом, (R – L) à H + (вод.) + ½ Zn (s) = ½ H 2 (г) + ½ Zn 2+ (вод.)

    ЭДС ячейки = + 0,76В.

    Пример задачи 3 :: Рассчитать ЭДС ячейки для реакции между Zn и Fe3 + / Fe2 +

    Sol 3: Как и в предыдущей задаче,

    Сначала мы записываем правую и левую реакции случайным образом

    R : Fe 3+ (водный) + e- (водный) = Fe2 + (водный)… ..E o = + 0,77V

    L : ½ Zn2 + (водн.) + E – (водн.) = ½ Zn (s)…. .E o = – 0,76 В

    Так как ЭМП – интенсивное свойство; следовательно, это не зависит от количества реагирующего материала.Если мы разделим уравнение уменьшения на некоторое число, как это сделано во втором уравнении выше, ЭДС не изменится.

    ЭДС ячейки: E o справа – E o слева

    • (R – L): Fe 3+ (водн.) + ½ Zn (s) = Fe 2+ (водн.) + ½ Zn 2+ (водн.) ….

    ЭДС ячейки = +0,77 – (- 0,76) = + 1,53В

    Важные разделы:

    Потенциал ячеек | Безграничная химия

    Уравнение Нернста

    В электрохимии уравнение Нернста можно использовать для определения восстановительного потенциала электрохимической ячейки.

    Цели обучения

    Вспомните уравнение Нернста

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • В электрохимии уравнение Нернста можно использовать для определения восстановительного потенциала полуячейки в электрохимической ячейке.
    • Уравнение Нернста также можно использовать для определения полного напряжения (электродвижущей силы) для полной электрохимической ячейки.
    • Уравнение Нернста дает формулу, которая связывает численные значения градиента концентрации с электрическим градиентом, который его уравновешивает.
    Ключевые термины
    • электрохимия : Наука о химии, связанная с потоком электричества, особенно на поверхности электрода.
    • электрохимическая ячейка : емкость, содержащая электролит и два электрода; используется для производства электроэнергии постоянного тока. Один или несколько из них составляют батарею.
    • напряжение : величина электростатического потенциала между двумя точками в пространстве.
    • электродвижущая сила : Напряжение, генерируемое батареей или переменным магнитным полем.

    В электрохимии уравнение Нернста может использоваться вместе с другой информацией для определения восстановительного потенциала полуэлемента в электрохимическом элементе. Его также можно использовать для определения полного напряжения или электродвижущей силы для полной электрохимической ячейки. \ text {o} – \ frac {0.\ text {b}} [/ latex], где прописные буквы означают концентрации, а строчные буквы – стехиометрические коэффициенты реакции: [latex] \ text {aA} + \ text {bB} \ rightarrow \ text {cC} + \ text {dD} [/ latex]

    Пример

    Найдите потенциал гальванического элемента на основе следующих полуреакций восстановления, где [Ni 2+ ] = 0,030 M и [Pb 2+ ] = 0,300 M.

    Ni 2+ + 2 e- → Ni, E 0 = -0,25 В

    Pb 2+ + 2 e- → Pb, E 0 = -0.\ text {o} – \ frac {0.0257} {\ text {n}} \ text {ln} \ Q [/ latex]

    [латекс] \ text {E} = 0.12 \ text {V} – \ frac {0.0257} {2} \ text {ln} \ frac {0.030} {0.300} [/ latex]

    [латекс] \ text {E} = 0,15 \ \ text {V} [/ латекс]

    Концентрация клеток

    Вальтер Нернст предложил математическую модель для определения влияния концентрации реагента на потенциал электрохимической ячейки.

    Цели обучения

    Обсудите последствия уравнения Нернста для электрохимического потенциала ячейки

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • В 20 веке немецкий химик Вальтер Нернст предложил математическую модель для определения влияния концентрации реагента на потенциал электрохимической ячейки.\ text {o} – \ frac {\ text {RT}} {\ text {nF}} \ times \ text {ln} \ \ text {Q} [/ latex].
    Ключевые термины
    • электрохимическая ячейка : емкость, содержащая электролит и два электрода; используется для производства электроэнергии постоянного тока. Один или несколько из них составляют батарею.
    • свободная энергия : разница между внутренней энергией системы и произведением ее энтропии и абсолютной температуры.

    Свободная энергия Гиббса и потенциал ячейки

    Стандартный потенциал электрохимической ячейки требует стандартных условий для всех реагентов.\ text {o} + \ text {RT} \ times \ text {ln} \ \ text {Q} [/ latex]

    Здесь ΔG – изменение свободной энергии Гиббса, T – абсолютная температура, R – газовая постоянная и Q – коэффициент реакции. В химии коэффициент реакции является функцией активности или концентрации химических веществ, участвующих в химической реакции. Ключевой вклад Гиббса заключался в формализации понимания влияния концентрации реагентов на спонтанность.\ text {o} – \ text {RT} \ times \ text {ln} \ \ text {Q} [/ latex]

    Здесь n – число молей электронов, F – постоянная Фарадея ([latex] \ frac {\ text {Coulombs}} {\ text {мол}} [/ latex]) и ΔE – потенциал клетки.

    Вальтер Нернст : Портрет Вальтера Нернста

    Уравнение Нернста

    Наконец, Нернст разделил на количество переданного заряда, чтобы получить новое уравнение, которое теперь носит его имя.\ text {o} – \ frac {\ text {RT}} {\ text {nF}} \ times \ text {ln} \ \ text {Q} [/ latex]

    Уравнение Нернста можно использовать для расчета изменений выходного напряжения в паре полуэлементов в нестандартных условиях.

    Типичный гальванический электрохимический элемент : В стандартных условиях выходной сигнал этой пары полуэлементов хорошо известен. Когда происходит изменение концентрации или активности реагентов, либо изменяется температура или давление, выходное напряжение изменяется.Он рассчитывается с помощью уравнения Нернста.

    Свободная энергия и потенциал клеток

    В гальванической ячейке, где спонтанная окислительно-восстановительная реакция заставляет ячейку производить электрический потенциал, изменение свободной энергии Гиббса должно быть отрицательным.

    Цели обучения

    Рассчитайте изменение свободной энергии Гиббса электрохимической ячейки и обсудите его значение для того, будет ли окислительно-восстановительная реакция спонтанной

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • В гальваническом элементе свободная энергия Гиббса связана с потенциалом следующим образом: Δ G ° ячейка = – nFE ° ячейка .
    • Если E ° cell> 0, то процесс самопроизвольный (гальванический элемент).
    • Если E ° ячейки <0, то процесс не самопроизвольный (электролитическая ячейка).
    Ключевые термины
    • гальванический элемент : Электрохимический элемент, который получает электрическую энергию в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции, происходящей внутри элемента.
    • потенциал электрода : разность потенциалов полуреакции, которая происходит в обратимой ячейке, состоящей из любого электрода и стандартного водородного электрода.
    • Свободная энергия Гиббса : разница между энтальпией системы и произведением ее энтропии и абсолютной температуры; мера полезной работы, получаемой от термодинамической системы при постоянных температуре и давлении.
    • окислитель : Любое вещество, которое окисляет другое или принимает электроны от другого; при этом он уменьшается.

    Основой для электрохимического элемента, такого как гальванический элемент, всегда является окислительно-восстановительная реакция, которая может быть разбита на две полураакции: окисление происходит на аноде, где происходит потеря электронов, и восстановление происходит на катоде. , где происходит усиление электронов.Электричество генерируется из-за разницы электрических потенциалов между двумя электродами. Это связано с тем, насколько легко окисленные частицы отдают электроны и насколько сильно восстановленные частицы хотят их получить.

    Электрохимическая ячейка : Демонстрационная установка электрохимической ячейки, напоминающая ячейку Даниэля. Две полуячейки связаны солевым мостиком, переносящим ионы между собой. Электроны текут во внешней цепи.

    В электрохимии стандартный потенциал электрода, обозначаемый сокращенно E °, является мерой индивидуального потенциала обратимого электрода в стандартном состоянии, который представляет собой растворенные вещества с эффективной концентрацией 1 М и газы под давлением 1 атм.Чаще всего значения табулируются при 25 ° C (298 K).

    Он окислен или восстановлен?

    Поскольку стандартные электродные потенциалы указаны в их способности снижаться, чем больше стандартные потенциалы восстановления, тем легче их уменьшить; Другими словами, они просто лучшие окислители. Например, F 2 имеет потенциал 2,87 В, а Li + имеет потенциал -3,05 В. F 2 легко восстанавливается и поэтому является хорошим окислителем.Напротив, Li (s) скорее подвергнется окислению, поэтому он является хорошим восстановителем.

    В примере Zn 2+ , стандартный потенциал восстановления которого составляет -0,76 В, он может быть окислен любым другим электродом, стандартный потенциал восстановления которого больше -0,76 В, и может быть уменьшен любым электродом со стандартным потенциалом восстановления меньше чем -0,76 В.

    Знак изменения свободной энергии Гиббса

    В гальванической ячейке, где спонтанная окислительно-восстановительная реакция заставляет ячейку производить электрический потенциал, изменение свободной энергии Гиббса должно быть отрицательным.\ text {o} [/ latex]

    Здесь n – число молей электронов, а F – постоянная Фарадея (96 485 [латекс] \ frac {\ text {Coulombs}} {\ text {мол}} [/ латекс]). Таким образом, применяются следующие правила:

    • Если E ° ячейка > 0, то процесс самопроизвольный (гальванический элемент)
    • Если E ° ячейка <0, то процесс не самопроизвольный (необходимо подавать напряжение, как в электролитической ячейке)

    Пример

    Рассчитайте изменение свободной энергии Гиббса электрохимической ячейки, в которой происходит следующая окислительно-восстановительная реакция:

    [латекс] \ text {Pb} ^ {2+} + \ text {Ni} \ rightarrow \ text {Ni} ^ {2+} + \ text {Pb} \ \ \ \ \ \ \ \ \ text {E } ^ \ text {o} = 0.\ text {o} = -23,156 \ \ text {J} \ = -2,3 \ \ text {kJ} [/ latex]

    Поскольку изменение свободной энергии Гиббса отрицательно, окислительно-восстановительный процесс является спонтанным.

    Константа равновесия и потенциал ячейки

    Константу равновесия K можно рассчитать с помощью уравнения Нернста.

    Цели обучения

    Рассчитайте константу равновесия K для гальванического элемента, используя уравнение Нернста

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • В электрохимической ячейке каждый химический компонент будет перемещаться из областей с более высоким электрохимическим потенциалом в области с более низким электрохимическим потенциалом.
    • Уравнение Нернста можно использовать для определения равновесного восстановительного потенциала полуячейки в электрохимической ячейке.
    • Уравнение Нернста также можно использовать для определения полного напряжения или электродвижущей силы для полной электрохимической ячейки.
    Ключевые термины
    • Уравнение Нернста : Используется для определения равновесного восстановительного потенциала полуячейки в электрохимической ячейке, а также общего напряжения для полной электрохимической ячейки.

    Электрохимический потенциал

    Каждый химический вид имеет электрохимический потенциал (количество в единицах энергии) в любом заданном месте, что показывает, насколько легко или сложно добавить больше этого вида в это место. Если возможно, вид переместится из областей с более высоким электрохимическим потенциалом в области с более низким электрохимическим потенциалом. В равновесии электрохимический потенциал будет постоянным везде для каждого вида. Для каждого вида может быть разное значение.

    Например, если в стакане воды есть ионы натрия (Na + ), растворенные в нем однородно, и электрическое поле приложено к воде, то ионы натрия будут стремиться притягиваться электрическим полем в одну сторону. Мы говорим, что ионы обладают электрической потенциальной энергией и движутся, чтобы снизить свою потенциальную энергию.

    Точно так же, если стакан воды имеет много растворенного сахара с одной стороны и ни одного – с другой стороны, каждая молекула сахара будет беспорядочно распространяться вокруг воды до тех пор, пока повсюду не будет равная концентрация сахара.Мы говорим, что молекулы сахара обладают «химическим потенциалом», который выше в областях с высокой концентрацией, и молекулы движутся, чтобы снизить свой химический потенциал.

    Эти два примера показывают, что электрический потенциал и химический потенциал могут дать один и тот же результат: перераспределение химических частиц. Следовательно, имеет смысл объединить их в единый «потенциал», электрохимический потенциал, который может напрямую дать общее перераспределение, если учесть и то, и другое.

    Уравнение Нернста и электрохимический потенциал

    В электрохимии уравнение Нернста может использоваться вместе с другой информацией для определения равновесного восстановительного потенциала полуячейки. Его также можно использовать для определения полного напряжения или электродвижущей силы для полной электрохимической ячейки. Уравнение Нернста дает формулу, которая связывает численные значения градиента концентрации с электрическим градиентом, который его уравновешивает.

    Например, допустим, градиент концентрации был установлен путем растворения KCl в половине разделенного сосуда, который изначально был заполнен H 2 O.Между двумя половинами была введена мембрана, проницаемая для ионов K + . Эмпирически может возникнуть ситуация равновесия, когда градиент химической концентрации может быть уравновешен электрическим градиентом, который противодействует движению заряда. Другими словами, можно было приложить напряжение, чтобы остановить движение ионов K + .

    Можно также рассмотреть пример, в котором решениями являются CuSO 4 и ZnSO 4 . В каждом растворе есть соответствующая металлическая полоска и солевой мостик или пористый диск, соединяющий два раствора.Это позволяет ионам SO 4 2- свободно перемещаться между растворами меди и цинка. Чтобы рассчитать стандартный потенциал, мы должны найти полуракции меди и цинка.

    Стандартный потенциал ячейки для реакции равен +0,34 В – (-0,76 В) = +1,10 В. Полярность ячейки определяется, зная, что металлический цинк является более сильным восстановителем, чем металлическая медь. Следовательно, стандартный восстановительный потенциал цинка более отрицательный, чем у меди.\ text {o} – \ frac {\ text {RT}} {\ text {nF}} \ text {ln} \ text {Q} [/ latex]

    В этом уравнении E – потенциал ячейки, E o – стандартный потенциал ячейки (т. Е. Измеренный в стандартных условиях), F – постоянная Фарадея, R – универсальная газовая постоянная, T – температура в градусах Кельвина, Q – коэффициент реакции (который имеет то же алгебраическое значение, что и выражение константы равновесия, за исключением того, что оно применяется к любому времени в ходе реакции), а n – количество молей электронов. которые передаются в сбалансированном химическом уравнении окислительно-восстановительного процесса.\ text {o}} {\ text {RT}} [/ latex]

    В этой задаче переносятся 2 моля электронов, F – 96485 [латекс] \ frac {\ text {Coulombs}} {\ text {мол}} [/ latex], R – 8,31 [латекс] \ frac {\ text {Джоуль}} {\ text {K} \ times \ text {моль}} [/ latex], T – 298 K, а E o – 1,10 [латекс] \ frac {\ text {Джоуль}} {\ текст {Кулон}} [/ латекс].

    Подставляя значения в уравнение, получаем:

    [латекс] \ text {ln} \ \ text {K} = \ frac {2 \ times 96485 \ times 1.10} {8.31 \ times 298} [/ латекс]

    [латекс] \ text {ln} \ \ text {K} = 85.7 [/ латекс]

    Решая относительно K, получаем:

    К = е 85,7

    К = 1,68 x 10 37

    Это особенно высокое значение константы равновесия, указывающее на то, что равновесие сильно способствует образованию продуктов (реакция фактически необратима по отношению к образованию продуктов).

    Электродвижущая сила – обзор

    2.6 Серия электродвижущей силы

    Ряды ЭДС стандартного потенциала электрода полуячейки по водородной шкале приведены в таблице 2.2. Реакции в этой таблице записаны как реакции восстановления слева направо при T = 25 ° C. Они имеют ту же полярность, что и восстановительный потенциал, который измеряется экспериментально.

    Таблица 2.2. Стандартные электродные потенциалы при 25 ° C и их изотермические температурные коэффициенты [12]

    1 912 руб. + + e = Cs 2 Be 2 + Fe 2 + + 2e = Fe Sn 2 + + 2e = Sn 4 + e = MnO 4 2 – 3 Pt 2 + , H + | PbO 2 , Pt
    Реакция электродов e ° ( V по сравнению с SHE) dE ° dT × 103V ° C
    Li + | Li Li + + e = Li – 3.045 – 0,534
    руб. + | руб. руб. + + e = – 2,923 – 1,197
    K + | K K + + e = K – 2,925 – 1,080
    Ra 2 + | Ra Ra 2 + + 2e = Ra – 2.916 – 0,59
    Ba 2 + | Ba Ba 2 + + 2e = Ba – 2,906 – 0,395
    Ca 2 + | Ca Ca 2 + | Ca Ca 2 + + 2e = Ca – 2,866 – 0,175
    Na + | Na Na + + e = Na – 2,714 – 0,772
    La 3 + | La La 3 + + 3e = La – 2.522 + 0,085
    Mg 2 + | Mg Mg 2 + + 2e = Mg – 2,363 + 0,103
    Be 2 + + 2e = Be – 1,847 + 0,565
    Al 3 + | Al Al 3 + + 3e = Al – 1,662 + 0,504
    Ti 2 + | Ti Ti 2 + + 2e = Ti – 1.628
    Zr 4 + | Zr Zr 4 + + 4e = Zr – 1,529
    V 2 + 3 | V | V 2 + + 2e = V – 1.186
    Mn 2 + | Mn Mn 2 + + 2e = Mn – 1.180 – 0,08
    Zn 2 + | Zn Zn 2 + + 2e = Zn – 0.762 + 0,09
    Cr 3 + | Cr Cr 3 + + 3e = Cr – 0,744 + 0,468
    SbO 2 – Sb SbO 2 + 2H 2 O + 3e = Sb + 4OH – 0,670
    Ga 3 + | Ga Ga 3 + + 3e = Ga – 0.529 + 0,67
    S 2– | S S + 2e = S 2– –0,510
    Fe 2 + 3 | Fe – 0,440 + 0,052
    Cr 3 + , Cr 2 + | Pt Cr 3 + + e = Cr 2 + – 0,408
    Cd 2 + | Cd Cd 2 + + 2e = Cd – 0.402 – 0,093
    Ti 3 + , Ti 2 + | Pt Ti 3 + + e = Ti 2 + – 0,369
    Tl + | Tl Tl + + e = Tl – 0,336 – 1,327
    Co 2 + | Co Co 2 + + 2e = Co – 0,277 + 0,06
    Ni 2 + | Ni Ni 2 + + 2e = Ni – 0.250 + 0,06
    Mo 3 + | Mo Mo 3 + + 3e = Mo – 0,20
    Sn 2 + | Sn – 0,138 – 0,282
    Pb 2 + | Pb Pb 2 + + 2e = Pb – 0,126 – 0,451
    Ti 4 + , Ti 3 + | Pt Ti 4 + + e = Ti 3 + – 0.040
    H + , H 2 | Pt H + + e = ½ H 2 ± 0,000 ± 0,000
    (+ 0,871) ⁎
    Sn 4 + , Sn 2 + | Pt Sn 4 + + 2e = Sn 2 + + 0,015
    Cu 2 + , Cu + | Pt Cu 2 + + e = Cu + + 0.153 + 0,073
    Cu 2 + | Cu Cu 2 + + 2e = Cu + 0,337 + 0,008
    Fe (CN) 6 3 – , Fe (CN) 6 4 – | Pt Fe (CN) 6 3 – + e = Fe (CN) 6 4 – + 0,360
    OH , O 2 | Pt ½ O 2 + H 2 O + 2e = 2OH + 0.401 – 0,440
    Cu + | Cu Cu + + e = Cu + 0,521 – 0,058
    I | I 2 , Pt I 2 + 2e = 2I + 0,535 – 0,148
    MnO 4 , MnO 4 2- 3 | Pt + 0.564
    Fe 3 + , Fe 2 + | Pt Fe 3 + + e = Fe 2 + + 0,771 + 1,188
    Hg 2 2 + | Hg Hg 2 2 + + 2e = 2Hg + 0,788
    Ag + | Ag Ag + + e = Ag + 0.799 – 1.000
    Hg 2 + | Hg Hg 2 + + 2e = Hg + 0.854
    Hg g + + Hg g + + | Pt Hg 2 + + e = Hg + + 0,910
    Pd 2 + | Pd Pd 2 + + 2e = Pd + 0,987
    Br | Br 2 , Pt Br 2 + 2e = 2Br + 1.065 – 0,629
    Pt 2 + | Pt Pt 2 + + 2e = Pt + 1.200
    Mn + , H | MnO 2 , Pt MnO 2 + 4H + + 2e = Mn 2 + + 2H 2 O + 1,230 – 0,661
    Cr 3 + , Cr 2 O 7 2 – , H + | Pt Cr 2 O 7 2 – + 14H + + 6e = 2Cr 3 + + 7H 2 O + 1.330 – 1,263
    Класс | Класс 2 , Pt Класс 2 + 2e = 2Cl + 1,359 – 1,260
    PbO 2 + 4H + + 2e = Pb 2 + + 2H 2 O + 1.455 – 0,238
    Au 3 + | Au Au 3 + + 3e = Au + 1.498
    MnO 4 , H + | MnO 2 , Pt MnO 4 + 4H + + 3e = MnO 2 + 2H 2 O + 1,695 – 0,666
    Ce 4 + , Ce 3 + | Pt Ce 4 + + e = Ce 3 + + 1.610
    SO 4 2 – , H + | PbSO 4 , PbO 2 , Pb PbO 2 + SO 4 2 – + 4H + + 2e = PbSO 4 + 2H 2 O + 1.682 + 0,326
    Au + | Au Au + + e = Au + 1,691

    Из уравнения. (2.38) невозможно различить, какие из участников реакции являются реагентами (окисленные частицы), а какие – продуктами (восстановленные частицы). Следующие правила были приняты Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в Стокгольме в 1953 году, чтобы решить вопрос о признаках электродного потенциала и определить, какие вещества следует рассматривать как реагенты, а какие как продукты.Любая электрохимическая ячейка в соответствии с этим соглашением записывается слева направо следующим образом: (i) материал одного из двух электродов, (ii) раствор, контактирующий с одним электродом, (iii) раствор, контактирующий с второй электрод и (iv) материал второго электрода. В записанном выражении электроды отделены от растворов одной полосой, а растворы – двойной полосой, что указывает на отсутствие диффузионного потенциала между растворами в ячейке.

    Из двух электродных потенциалов полуэлемента только потенциал E может быть измерен экспериментально. Следовательно, невозможно измерить абсолютные значения потенциала какого-либо одного электрода полуячейки. Чтобы решить эту проблему, Нернст предположил, что потенциал водородного электрода при давлении водорода 1 атм и при единичной концентрации иона водорода должен служить произвольным нулевым потенциалом. В таблице 2.2 все перечисленные потенциалы относятся к водородной шкале, в которой потенциал полуячейки водородного электрода eH + | h3o находится в стандартном состоянии и был произвольно взят за нулевую точку отсчета в ряду электродвижущей силы.Свободная энергия Гиббса для реакции выделения водорода не равна нулю.

    (2.9b) 2H ++ 2e- → h3

    Нулевое значение водородного электрода сравнения было принято IUPAC, как было предложено Нернстом для удобства, чтобы стандартный водородный электрод (SHE) служил в качестве образца сравнения. потенциал. Используя эту шкалу, можно определить потенциал электрода при всех температурах. Однако произвольный ноль будет другим при разных температурах [12–14].

    Потенциал полуэлемента любой окислительно-восстановительной коррозии измеряется, когда полуэлемент соединен с SHE.Пример измерения потенциала полуячейки приведен для электрода Sn | Sn 2 + на рис. 2.2. Металлическое олово погружают в 1M стандартный раствор Sn 2 + в соляной кислоте и отделяют через мембрану от электрода сравнения H 2 | H + . Это соединение образует гальванический элемент, который, согласно соглашению IUPAC, записывается как:

    Рис. 2.2. Схема электрохимической ячейки, показывающая измерение потенциала ячейки.

    (2.46) Pt, h3 | HCl || Sn2 + | Sn

    (2.47) Sn + 2H + → Sn2 ++ h3

    И Sn, и Sn 2 + в реакции коррозии находятся в стандартном состоянии. Потенциал, измеренный для электрода Sn | Sn 2 + , составляет 0,138 В с отрицательным значением Sn | Sn 2 + относительно водородного электрода сравнения. Поскольку потенциал SHE равен нулю, стандартный потенциал окислительно-восстановительной системы Sn 2 + | Sn равен e o = -0,138 В, как показано в таблице 2.2. Электроды показаны в таблице 2.2 с большим отрицательным e o по сравнению со стандартным водородным электродом сильно восстанавливаются. Они подвергаются окислению и переносят электроны в реакцию другой полуячейки, где процесс восстановления происходит на границе раздела. Такие электроды, как Au | Au 3 + или Pt | Pt 2 + , положительны по отношению к SHE. Они сильно окисляют и захватывают электроны из другой полуячейки.

    В спонтанной реакции между двумя полуячейками полуячейка с более положительным потенциалом в таблице 2.2 подвергается восстановлению, а более отрицательный – окислению. Перенос заряда изменяет стандартный электродный потенциал из-за изменения состава электроактивных частиц в электролите. Когда окончательное соотношение активностей реактивных частиц, как определено в формуле. (2.38), равна константе равновесия реакции, система будет находиться в равновесии.

    17.4 Уравнение Нернста – Химия

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Связать потенциалы клеток с изменениями свободной энергии
    • Используйте уравнение Нернста для определения потенциалов ячеек в нестандартных условиях
    • Выполнение расчетов, включающих преобразование потенциалов ячеек, изменений свободной энергии и констант равновесия

    Теперь мы расширим электрохимию, определив взаимосвязь между [латексом] E _ {\ text {cell}} ^ {\ circ} [/ latex] и термодинамическими величинами, такими как Δ G ° (свободная энергия Гиббса) и К. (константа равновесия).{-}) \; \ times \; F = nF [/ латекс]

    В этом уравнении n – количество молей электронов для сбалансированной реакции окисления-восстановления . Измеренный потенциал ячейки – это максимальный потенциал, который может создать ячейка, и он связан с электрической работой ( w ele ) на

    .

    [латекс] E_ \ text {cell} = \ frac {-w _ {\ text {ele}}} {nF} \; \; \; \; \; \; \; \ text {или} \; \; \; \; \; \; \; w _ {\ text {ele}} = -nFE _ {\ text {cell}} [/ latex]

    Отрицательный знак для работы указывает, что электрические работы выполняются системой (гальваническим элементом) в окружающей среде.В предыдущей главе свободная энергия определялась как энергия, доступная для выполнения работы. В частности, изменение свободной энергии было определено в терминах максимальной работы ( w max ), которая для электрохимических систем составляет w ele . {\ circ} = \ frac {0.{\ circ} [/ latex] известен или может быть вычислен, два других количества могут быть легко определены. Отношения показаны графически на Рисунке 1.

    Рис. 1. Соотношения между Δ G ° , K и E ° ячейка . Учитывая любую из трех величин, две другие можно вычислить, поэтому любую из величин можно использовать для определения, был ли процесс самопроизвольным.

    Если задано одно из значений, можно вычислить два других.{\ circ} = -2 \; \ times \; 96 485 \; \ frac {\ text {J}} {\ text {V} {\ cdot} \ text {mol}} \; \ times \; 1.247 \; \ text {V} = -240,6 \; \ frac {\ text {kJ}} {\ text {mol}} [/ latex]

    Проверьте свой ответ: Положительный стандартный потенциал клетки означает спонтанную реакцию, поэтому стандартное изменение свободной энергии должно быть отрицательным, а константа равновесия должна быть> 1.

    Проверьте свои знания
    Что такое стандартное изменение свободной энергии и константа равновесия для следующей реакции при комнатной температуре? Реакция спонтанная?

    [латекс] \ text {Sn} (s) \; + \; 2 \ text {Cu} ^ {2 +} (aq) \; {\ leftrightharpoons} \; \ text {Sn} ^ {2 +} ( aq) \; + \; 2 \ text {Cu} ^ {+} (aq) [/ latex]

    Ответ:

    Спонтанный; n = 2; [латекс] E _ {\ text {cell}} ^ {\ circ} = +0. {2 +} (aq \ text {, \;} 1.{2 +} (aq \ text {, \;} 0,15 \; M) \; + \; \ text {Fe} (s) [/ latex]

    Процесс самопроизвольный?

    Решение
    Есть два способа решить проблему. Если бы термодинамическая информация в Приложении G была доступна, вы могли бы рассчитать изменение свободной энергии. Если изменение свободной энергии отрицательное, процесс происходит самопроизвольно. Другой подход, который мы будем использовать, требует информации, подобной той, что дана в Приложении L. Используя эти данные, можно определить потенциал клетки. Если потенциал клетки положительный, процесс происходит самопроизвольно.{\ circ} \; – \; \ frac {0.0592 \; \ text {V}} {n} \; \ text {log} \; Q [/ latex]

    [латекс] E _ {\ text {cell}} = -0,17 \; \ text {V} \; – \; \ frac {0.0592 \; \ text {V}} {2} \; \ text {log} \ ; 0,077 [/ латекс]

    [латекс] E _ {\ text {cell}} = -0,17 \; \ text {V} \; + \; 0,033 \; \ text {V} = -0,014 \; \ text {V} [/ latex]

    Процесс (все еще) не спонтанный. {3 +} (aq \ text {, \;} 0.{2 +} (aq \ text {, \;} 0,025 \; M) {\ mid} \ text {Cu} (s) [/ latex]

    Каковы значения n и Q для общей реакции? Является ли реакция в этих условиях спонтанной?

    Ответ:

    n = 6; Q = 1440; E ячейка = +1,97 В, самопроизвольно.

    Наконец, мы кратко рассмотрим особый тип ячейки, называемый ячейкой концентрации . В концентрационной ячейке электроды сделаны из одного и того же материала, а полуячейки различаются только концентрацией.{\ circ} = 0.000 \; \ text {V} \ end {array} [/ latex]

    Стандартный потенциал ячейки равен нулю, потому что анод и катод участвуют в одной и той же реакции; изменяется только концентрация Zn 2+ . Подставляя в уравнение Нернста,

    [латекс] E _ {\ text {cell}} = 0,000 \; \ text {V} \; – \; \ frac {0.0592 \; \ text {V}} {2} \; \ text {log} \; \ frac {0.10} {0.50} = +0.021 \; \ text {V} [/ latex]

    и в этих условиях процесс происходит самопроизвольно.

    Проверьте свой ответ: В ячейке для концентрации стандартный потенциал ячейки всегда будет равен нулю.Чтобы получить положительный потенциал клетки (самопроизвольный процесс), коэффициент реакции Q должен быть <1. Q <1 в данном случае, значит, процесс спонтанный.

    Проверьте свои знания
    Какое значение Q для предыдущей ячейки концентрации даст напряжение 0,10 В? Если концентрация иона цинка на катоде составляла 0,50 M , какова была концентрация на аноде?

    Ответ:

    Q = 0.00042; [Zn 2+ ] cat = 2,1 × 10 -4 M .

    Электротехническая работа ( w ele ) – это отрицательная величина произведения полного заряда ( Q ) на потенциал ячейки ( E cell ). Общий заряд может быть рассчитан как количество молей электронов ( n ), умноженное на постоянную Фарадея ( F = 96 485 Кл / моль e ). Электрическая работа – это максимальная работа, которую может произвести система, и поэтому она равна изменению свободной энергии.{\ circ} [/ латекс]

  • [латекс] w _ {\ text {ele}} = w _ {\ text {max}} = -nFE _ {\ text {cell}} [/ latex]
  • Химия: упражнения в конце главы

    1. Для приведенных здесь стандартных потенциалов ячейки определите Δ G ° для ячейки в кДж.

      (а) 0,000 В, n = 2

      (б) +0,434 В, n = 2

      (в) −2,439 В, n = 1

    2. Для приведенных здесь значений Δ G ° определите стандартный потенциал ячейки для ячейки.

      (а) 12 кДж / моль, n = 3

      (б) -45 кДж / моль, n = 1

    3. Определите стандартный потенциал ячейки и потенциал ячейки в указанных условиях для электрохимических реакций, описанных здесь.{+} (aq \ text {, \;} 0,25 \; M) \; {\ longrightarrow} \; 2 \ text {Ag} (s) \; + \; \ text {HgS} (s) [/ latex ]

      (b) Гальванический элемент, состоящий из полуэлемента, состоящего из алюминиевого электрода в 0,015 M растворе нитрата алюминия и полуэлемента, состоящего из никелевого электрода в 0,25 M растворе нитрата никеля (II). {\ circ} \; \ text {C} [/ latex]

    Глоссарий

    ячейка концентрации
    гальванический элемент, в котором два полуэлемента одинаковы, за исключением концентрации растворенных веществ; самопроизвольно, когда общей реакцией является разбавление растворенного вещества
    электромонтажные работы ( w ele )
    отрицательных значений общего заряда, умноженного на потенциал ячейки; равно w max для системы, и, таким образом, равно изменению свободной энергии (Δ G )
    Постоянная Фарадея (F)
    заряд на 1 моль электронов; F = 96,485 Кл / моль
    Уравнение Нернста
    уравнение, связывающее логарифм коэффициента реакции ( Q ) с нестандартными потенциалами ячейки; может использоваться, чтобы связать константы равновесия со стандартными потенциалами ячейки

    Решения

    Ответы на упражнения в конце главы по химии

    1.(а) 0 кДж / моль; (b) -83,7 кДж / моль; (в) +235,3 кДж / моль

    3. (а) стандартный потенциал ячейки: 1,50 В, спонтанный; потенциал клетки при указанных условиях: 1,43 В, спонтанный; (б) стандартный потенциал клетки: 1,405 В, спонтанный; потенциал клетки в указанных условиях: 1,423 В, спонтанный; (c) стандартный потенциал ячейки: -2,749 В, неспонтанный; потенциал ячейки при указанных условиях: -2,757 В, несамопроизвольный

    5. (а) 1,7 × 10 −10 ; (б) 2,6 × 10 −21 ; (в) 8.9 × 10 19 ; (г) 1.0 × 10 −14

    .

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *