Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Топ:
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Интересное:
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Берегоукрепление оползневых склонов: На прибрежных склонах основной причиной развития оползневых процессов является подмыв водами рек естественных склонов...
Дисциплины:
2020-02-15 | 79 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Если металлическую пластинку опустить в воду, то катионы металла на ее поверхности гидратируются полярными молекулами воды и переходят в жидкость. При этом электроны, в избытке остающиеся в металле, заряжают его поверхностный слой отрицательно. Возникает электрическое притяжение между перешедшими в жидкость гидратированными катионами и поверхностью металла. В результате этого в системе устанавливается подвижное равновесие:
Ме + m Н2О <=> Ме (Н2О)mn+ + n ē
в растворе на металле
n – число электронов, участвующих в процессе. На границе металл-жидкость возникает двойной электрический слой, который характеризуется определенным скачком потенциала — электродным потенциалом. Электродные потенциалы зависят от ряда факторов: природы металла, концентрации ионов металла в растворе, температуры и др. Абсолютные значения электродных потенциалов измерить не удается, поэтому обычно определяют относительные электродные потенциалы в определенных условиях, так называемые стандартные электродные потенциалы (E°).
Стандартным электродным потенциалом металла называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией равной 1 моль/л, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом, потенциал которого при 25°С условно принимается равным нулю.
Зависимость электродного потенциала металла от различных факторов выражается уравнением Нернста
E = E° + (0,059/n) lgC,
где E° — стандантный электродный потенциал;
n — число электронов, принимающих участие в процессе;
|
С — концентрация ионов металла в растворе, моль/л.
Располагая металлы в ряд по мере возрастания их стандартных электродных потенциалов (E°), получают так называемый ряд напряжений.
Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его восстановительную способность и окислительную активность его положительного иона.
Таблица 1.
Сандартные электродные потенциалы E° некоторых металлов (ряд напряжений)
Электрод | E°, В | Электрод | E°, В |
Li+/Li | -3,04 | Cd2+/Cd | -0,40 |
Rb+/Rb | -2,92 | Co2+/Co | -0,27 |
K+/K | -2,92 | Ni2+/Ni | -0,25 |
Cs+/Cs | -2,92 | Sn2+/Sn | -0,134 |
Ba2+/Ba | -2,90 | Pb2+/Pb | -0,12 |
Ca2+/Ca | -2,87 | Fe3+/Fe | -0,03 |
Na+/Na | -2,71 | 2H+/H2 | 0,00 |
Al3+/Al | -2,32 | Sb3+/Sb | +0,20 |
Mg2+/Mg | -1,70 | Bi3+/Bi | +0,21 |
Ti2+/Ti | -1,6 | Cu2+/Cu | +0,34 |
Zr4+/Zr | -1,58 | Cu+/Cu | +0,52 |
Mn2+/Mn | -1,18 | Hg2+/Hg | +0,79 |
V2+/V | -1,18 | Ag+/Ag | +0,80 |
Cr2+/Cr | -0,92 | Hg2+/Hg | +0,85 |
Zn2+/Zn | -0,76 | Pb2+/Pb | +1,19 |
Cr3+/Cr | -0,74 | Au3+/Au | +1,50 |
Fe2+/Fe | -0,44 | Au+/Au | +1,70 |
Чем меньше величина стандартного электродного потенциала, тем более активным восстановителем является атом этого металла и тем меньшие окислительные способности проявляют его ионы, и наоборот. Каждый металл, а также водород способен вытеснять все следующие за ним в ряду напряжения металлы из растворов их солей. Все металлы, стоящие до водорода, вытесняют его из разбавленных растворов кислот (исключение составляет азотная кислота любой концентрации). Электродные потенциалы измеряют в приборах, которые получили название гальванических элементов. Гальванические элементы состоят из двух электродов, погруженных в раствор электролитов. Источником электрической энергии в гальванических элементах является окислительн-восстановительная реакция, которая характеризует работу гальванического элемента.Одна из важнейших характеристик гальванического элемента – это разность потенциалов между его электродами. Эта величина называется электродвижущей силой (ЭДС) гальванического элемента.
ЭДС гальванического элемента имеет только положительные значения и равна
|
ЭДС = Е окислителя – Е восстановителя.
Пример 1. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта. Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 моль/л, а потенциал кобальта в растворе с концентрацией 0,1 моль/л?
Решение: зависимость электродного потенциала металла от концентрации его ионов в растворе выражается уравнением Нернста:
E = E° + (0,059/n) lgC,
E°Ni= -0,25 В
E°Со= -0,277 В
Определяем электродные потенциалы этих металлов при данных в условиях заданных концентраций:
E°Ni2+/Ni = -0,25 + (0,059/2)lg10-3 = – 0,339 В
E°Со2+/Со = -0,277 + (0,059/2)lg10-1 = – 0,307 В
Таким образом, при изменившейся концентрации потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.
Пример 2. Магниевую пластинку опустили в растворего соли. При этом электродный потенциал магния оказался равен -2,41 В. Вычислите концентрацию ионов магния (моль/л).
Решение: задача решается на основании уравнения Нернста.
E = E° + (0,059/n) lgC,
– 2,41 = –2,37 + (0,059/2) lgС
– 0,04 = 0,0295lgС
lgС = – 1,3559
СMg2+ = 4,4∙10-2 моль/л
Пример 3. Составьте схему гальванического элемента, в которой электродами являются магниевая и цинковая пластинки, опущенные в растворы их ионов с концентрацией 1 моль/л. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе и вычислите его ЭДС.
Решение: схема данного гальванического элемента
(-)Mg│Mg2+ ││ Zn2+│Zn (+)
Вертикальная линия означает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линии – граница 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 ē = Mg2+
Цинк, потенциал которого -0,7638, катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:
Zn2+ + 2 ē = Zn0
Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующей работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов:
Мg + Zn2+ = Mg2+ + Zn
Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль/л, то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов:
|
ЭДС = E°Zn2+/Zn - E°Mg2+/Mg = -0,763-(-2,37) = 1,607 В
Контрольные вопросы
181. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал -1,23 В. Вычислите концентрацию ионов Mn2+ (моль/л).
182. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению Ni + Pb(NO3)2 = Ni(NO3)2 + Pb. Напишите уравнение анодного и катодного процессов. Вычислите ЭДС этого элемента, если [Ni2+]= 0,01 моль/л, [Pb2+] = 0,0001 моль/л.
183. В каком случае происходит реакция при внесении цинковой, железной и свинцовой пластинок в пробирки с раствором сульфата олова (II)? Напишите молекулярные и электронные уравнения реакций.
184. В два сосуда с голубым раствором медного купороса поместили: в первый – цинковую пластинку, а во второй – серебряную. В каком сосуде цвет раствора постепенно пропадет? Почему? Составьте электронное и молекулярное уравнение соответствующих реакций.
185. В какой пробирке происходит реакция при внесении оловянных пластинок в растворы сульфата железа (II) и нитрата свинца? Напишите молекулярное и электронное уравнение реакции.
186. Составьте схему, напишите электронное уравнение электродных процессов и вычислите ЭДС медно-кадмиевого гальванического элемента, в котором [Cd2+] = 0,8 моль/л, а [Cu2+] = 0,01 моль/л.
187. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: a) CuSO4 b) MgSO4 c) Pb(NO3)2. Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
188. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых медь была катодом, а в другом анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.
189. При какой концентрации ионов Cu2+ (моль/л) значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода?
190. Составьте схему, напишите электронное уравнение электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящий из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в раствор своих солей с концентрацией [Pb2+] = [Mg2+]= 0,01 моль/л.
191. Составьте схему двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом – анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакции, протекающих на катоде и на аноде.
|
192. В две пробирки с сине-зеленым раствором сульфата никеля (II) опустили железную и медную проволочки. В какой пробирке цвет раствора постепенно изменится и почему? Напишите молекулярные и электронные уравнения реакции.
193. Какой гальванический элемент называют концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущеных: первый в 0,01М, а второй 0,1М растворы AgNO3.
194. При какой концентрации ионов Zn2+ (моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала?
195. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии ее с растворами: a) AgNO3 b) ZnSO4 c) NiSO4? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
196. Потенциал серебряного электрода в растворе AgNO3 составил 95% от значения его стандартного электродного потенциала. Чему равна концентрация ионов Ag+ (моль/л)?
197. В какой пробирке происходит реакция при внесении цинковых пластинок в растворы сульфата кальция, сульфата никеля (II), концентрированной и разбавленной серной кислоты? Напишите молекулярное и электронное уравнение реакций.
198. Составьте схему, напишите электронное уравнение электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Mg2+]= [Cd2+]= 1 моль/л.
199. В две пробирки с синим раствором сульфата меди опустили цинковую и серебряную пластинки. В какой пробирке цвет раствора постепенно изменится и почему? Напишите молекулярное и электронное уравнения реакции.
200. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из пластин цинка и железа, погруженных в растворы их солей. Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на аноде и на катоде.Какой концентрации надо было бы взять ион железа (моль/л), чтобы ЭДС элемента стала равной нулю, если [Zn2+]= 0,001 моль/л?
|
|
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!