Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Топ:
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений - деятельность метрологических служб, направленная на достижение...
Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы...
Интересное:
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Дисциплины:
2017-06-11 | 284 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Окислительно-восстановительный (электродный) потенциал Е –разность потенциалов между металлом и раствором, возникающая при погружении пластины из металла М в раствор, который содержит ионы этого металла:
М n + (p) + n е– → М (к)
(здесь и далее обозначение р указывает на то, что ион находится в растворе, к – металл – материал катода).
Электродный потенциал зависит от природы металла, концентрации (активности) ионов в растворе, температуры.
Стандартный электродный потенциал Е 0. Если реакция окисления-восстановления осуществляется в стандартных условиях (Т = 298 К, р = 101 325 Па, с = 1 моль/л), то уравнение
(п – число молей электронов, передаваемых в элементарном процессе; ∆G – изменение энергии Гиббса[66]; F – постоянная Фарадея[67]; Е – окислительно-восстановительный потенциал)
примет вид
где Е 0 – стандартный электродный потенциал.
Значения электродных потенциалов рассматривают относительно водородного электрода:
Н+(р) + е– → 1/2Н2 (г), ∆G 0298 = 0
(здесь г указывает на то, что водород газообразный).
Стандартный электродный потенциал этой системы Е 0298 = 0 {так как ∆Gf [68] 0 [H+(p)] = 0 (энергия Гиббса образования ионf Н+ при 298 К) и ∆Gf , 298 [H2(г)] = 0 (энергия Гиббса образования Н2 при 298 К).
Водородный электрод – платиновая пластинка или сетка, покрытая тонким слоем рыхлой пористой платины и опущенная в водный раствор серной кислоты (с активностью ионов Н+, равной единице). Через раствор Н2SО4 пропускают водород под давлением в одну атмосферу. Часть сорбированного платиной водорода переходит в атомарное состояние, поэтому в поверхностном слое платины устанавливается равновесие 1/2Н2 Н, а на границе платиновой пластинки и раствора Н2SО4 – равновесие Н(г) Н+(р) + е–, т. е. суммарно:
|
1/2Н2 (г) Н+ (р) + е–.
Стандартные электродные потенциалы Е 0298 окислительно-восстановительных систем в водных растворах – справочные величины.
Таблица 3
Окисленная форма | Количество электронов | Восстановленная форма | Е 0298, В |
Li+ | 1e– | Li | –3,05 |
Са2+ | 2е– | Са | –2,87 |
Na+ | 1e– | Na | –2,71 |
Н2 | 2е– | 2Н– | –2,25 |
А13+ | 3е– | А1 | –1,66 |
Mn2+ | 2e– | Mn | –1,18 |
Zn2+ | 2e– | Zn | –0,76 |
Fе2+ | 2е– | Fе | –0,44 |
Cd2+ | 2е– | Cd | –0,40 |
Sn2+ | 2е– | Sn | –0,14 |
Pb2+ | 2е– | Pb | –0,13 |
2H+ | 2е– | H2 | |
SO42– + 2H+ | 2е– | SO32– + H2O | 0,22 |
Cu2+ | 2е– | Cu | 0,34 |
I2 | 2е– | 2I– | 0,54 |
Fе3+ | 1е– | Fе2+ | 0,77 |
Аg+ | 1е– | Аg | 0,80 |
Нg2+ | 2е– | Нg | 0,85 |
NO3– + 4Н+ | 3е– | NO + 2Н2О | 0,96 |
Вr2 | 2е– | 2Вr– | 1,07 |
МnO2 + 4Н+ | 2е– | Мn2+ + 2Н2О | 1,23 |
Сr2O72– + 14Н+ | 6e– | 2Сr3+ + 7Н2O | 1,33 |
МnО4– + 8Н+ | 5е– | Мn2+ + 4Н2О | 1,51 |
С12 | 2е– | 2С1– | 1,36 |
СlO3– + 6Н+ | 6е– | Сl– + 3Н2O | 1,45 |
F2 | 2е– | 2F– | 2,87 |
Убывающее значение отрицательного электродного потенциала и возрастающее значение положительного потенциала соответствуют падению восстановительной и росту окислительной активности системы.
Пример 1. Li+ + е– = Li, E 0298 = –3,05 В;
Вr2 + 2е– = 2Вr–, E 0298 = 1,07 В.
Ион лития – восстановитель, молекула брома – окислитель.
Пример 2. Рассмотрим Е 0двух металлов, например алюминия (E 0298 = –1,66 В) и меди (E 0298 = 0,34 В). Алюминий более сильный восстановитель и будет вытеснять медь из раствора её солей:
2А1(к) + 3Сu2+(р) = 3Сu(к) + 2А13+(р).
Пример 3. Сравнивая электродные потенциалы, можно судить о направлении более сложных окислительно-восстановительных реакций. Например:
МnО4– + 5Fe2+ + 8H+ Мn2+ + 5Fе3+ + 4Н2О.
Разделим это сокращённое ионно-молекулярное уравнение на два уравнения полуреакций:
МnО4– + 8Н+ + 5е– Мn2+ + 4Н2О, E 0 = 1,51 В;
Fе3+ + е– Fе2+, E 0 = 0,77 В.
Так как стандартный окислительно-восстановительный потенциал первой системы выше, чем второй, то при химическом взаимодействии первая система выступит в качестве окислителя, а вторая – в качестве восстановителя. Также можно сказать, что первая полуреакция будет протекать слева направо, а вторая – наоборот справа налево, и её запишем следующим образом:
|
Fе2+ – е– = Fе3+.
Зависимость окислительно-восстановительных потенциалов от внешних условий. Справочные данные справедливы для стандартных условий. Окислительно-восстановительные потенциалы зависят от рН среды, природы растворителя, температуры и соотношения концентраций (активностей) восстановленной и окисленной форм вещества.
Зависимость значения окислительно-восстановительного потенциала от концентраций окисленной и восстановленной форм и температуры выражается уравнением Нернста [69]:
или
,
где Е –окислительно-восстановительный потенциал, В;
Е 0–стандартный электродный потенциал процесса, В;
R – молярная (универсальная) газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль∙К);
Т –абсолютная (термодинамическая) температура, К;
п – число молей электронов, передаваемых в элементарном процессе;
F –постоянная Фарадея, 96 485 Кл/моль;
с окисл и с восст –концентрации окисленной и восстановленной форм, моль/л;
х и у –стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции;
ln – натуральный логарифм числа, ln = 2,3∙lg, где lg – десятичный логарифм числа.
Если окислительно-восстановительная реакция осуществляется при температуре 25 °С (298 К), то после подстановки значений постоянных величин F и R уравнение Нернста примет следующий вид:
.
Например, для частной реакции
МnО2 + 4Н+ = Mn2+ + 2Н2О
можно записать:
помня, что концентрация воды – величина постоянная и её не нужно учитывать в равновесных концентрациях реагирующих веществ. Так как для стандартных условий [Мn2+] = [Н+] = 1 моль/л, то
Е = Е 0 = 1,23 В.
ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА.
Электролиз – совокупность электрохимических окислительно-восстановительных процессов, происходящих на электродах, погружённых в раствор или расплав электролита, при прохождении по нему электрического тока. В результате этих процессов вещества, входящие в состав электролита, выделяются в свободном виде. Проводимость электролитов – ионная, прохождение тока в них связано с переносом вещества.
На катоде ионы восстанавливаются в ионы более низкой степени окисления или в нейтральные атомы, например:
|
Fe3+ + e– = Fe2+; Cu2+ + 2e– = Cu.
Молекулы могут участвовать в превращениях на катоде непосредственно или реагировать с продуктами катодного процесса, которые рассматриваются в этом случае как промежуточные вещества.
На аноде происходит окисление ионов или молекул, поступающих из объёма электролита или принадлежащих материалу анода; в последнем случае анод растворяется или окисляется, например:
Cu – 2e– = Cu2+; 2Al + 3H2O – 6e– = Al2O3 + 6H+.
Электролиз включает два процесса: миграцию реагирующих частиц под действием электрического поля к поверхности электрода и переход заряда с частицы на электрод или с электрода на частицу.
При электролизе энергия электрического тока превращается в химическую энергию.
ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВОВ
|
|
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
© 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!