Тема 9 Электрохимические системы и процессы — КиберПедия 





Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...



Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...


Взаимосвязь концентраций ионов Н+, величины водородного показателя (рН) и окраски индикаторов

Тема 9 Электрохимические системы и процессы



Рекомендуемая литература: [1] гл. 9, §§ 9.3, 9.4, 38.5; [2], гл. 9, §§ 9.2, 9.3, гл. 10; [3], гл. 8, §§ 5, 6; [4], гл. 10, §§ 4-6, гл. 11, §§ 1-5. (проверить!)

Основные термины и понятия.

Электрохимические процессы – это гетерогенные ОВР, в которых происходит перенос заряда и вещества через поверхность раздела фаз. Они сопровождаются взаимным превращением химической и электрической энергии. В гальванических элементах энергия химической реакции преобразуется в электрическую. В процессах электролиза пропускание электрического тока через водный раствор вызывает химические реакции.

Электрод – это гетерогенная система, представляющая собой проводник первого рода (чаще всего металл, обладающий электронной проводимостью), погруженный в раствор электролита.

В электрохимии электрод, на котором идут окислительные процессы, называют анодом. Электрод, на котором идут восстановительные процессы, называют катодом.

В металлической решетке существует подвижное равновесие:

где Ме0 атом металла, Ме+n – катион металла, n – заряд катиона и число отданных электронов.

Если поместить металл в воду, то под действием полярных молекул (диполей) воды часть катионов металла переходит с его поверхности в водную среду, в которой они существуют в гидратированном (сольватированном) состоянии:

 

В результате этого процесса на поверхности металла возникает избыток электронов, поэтому она заряжается отрицательно.

Часть гидратированных катионов металла из объема воды притягиваются к отрицательно заряженной поверхности металла, формируя двойной электрический слой (ДЭС) в виде плоского конденсатора. В результате между металлом и раствором возникает разность потенциалов:.

При установлении в данной системе равновесия, которое характеризуется определенным значением концентраций электронов на поверхности электрода и катионов металла в растворе, возникает разность потенциалов, которую называют электродным потенциалом металла и обозначают ЕMe0/Меn+, В.

По способности катионов металла переходить в раствор электролита все металлы делятся на активные, средней активности и неактивные.

Металлы, в соответствии с величинами их электрохимической активности, образуют электрохимический ряд напряжений металлов, в котором приведены значения их стандартных электродных потенциалов (с.э.п.). С.э.п. – это разность потенциалов, возникающая между нормальным водородным электродом (его потенциал условно принят равным нулю) и электродом из данного металла, находящегося в стандартных условиях: металл погружен в раствор собственной соли с концентрацией его катионов 1 моль на 1000 г воды при 298 К.



В ряду напряжений к активным относятся металлы от Li до Fe, к металлам средней активности – стоящие между Fe и H2, к неактивным – стоящие правее водорода.

Величина электродного потенциала металла зависит не только от его природы, но и от концентрации его катионов в растворе и температуры. Зависимость электродного потенциала от концентрации катионов металла в растворе выражается уравнением Нернста:

Ес= Е0 + 0,059/n . lgСm

где Сm – моляльная концентрация катионов металла в растворе (моль/1000 г воды);

n – заряд катиона металла;

Ео – стандартный электродный потенциал данного металла, В;

Ес – потенциал металла при концентрации его катионов, не равной 1, В.

 

Список рекомендуемой литературы

1. Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Юрайт, 2013; М.: Интеграл-пресс, 2009 и др. годы изд.

2. Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2013 и др. годы изд.

3. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – Л.: Химия, 2010 и др. годы изд.

4. Денисов В.В., Дрововозова Т.И., Лозановская И.Н. Химия. – М.; Ростов-н/Д: Издат. центр. "Март Т", 2008 и др. годы изд.

5. Гельфман М.И., Юстратов В.П. Химия. – СПБ.: Лань, 2008 и др. годы изд.

6. Рябов В.Д. Химия нефти и газа. – М.: Изд-во "Техника". ТУМА ГРУПП, 2010 и др. годы изд.

 

Приложение

Классификация электролитов по степени их диссоциации

Вещество Сильные электролиты α >30% Слабые электролиты α <30%
Основания KOH, NaOH, Ba(OH)2, TiOH NH4OH, все нерастворимые основания и амфотерные гидроксиды
Кислоты HСl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, H2MnO4, HСlO3, HClO4 HF, H2CO3, H2SO3, HNO2, H3PO4, HCN, H2S, H2SiO3, большинство органических кислот (CH3COOH и др.)
Соли все растворимые соли – средние, кислые и гидроксо-нитраты (основные соли, содержащие группу NO3) все малорастворимые и нерастворимые соли –основные (кроме гидроксонитратов) и средние

 



Константы диссоциации водных растворов некоторых кислот при 25оС

Электролит Формула Значение константы диссоциации КД
Азотная HNO3 4,36 ∙101
Азотистая HNO2 4 ∙10-1
Борная H3BO3 (1)5,8 ∙10-10 (2)1,8 ∙10-10 (3)1,6 ∙10-14
Бромноватистая HBrO 2,1 ∙10-9
Бромоводородная HBr 1 ∙109
Йодноватистая HIO 2,3 ∙10-11
Йодноватая HIO3 1,7 ∙10-1
Йодная HIO4 2,3 ∙10-2
Йодистоводородная HI 1 ∙1011
Кремниевая H2SiO3 (1)2,2 ∙10-10 (2)1,6 ∙10-12
Малеиновая HOOCCH=CHCOOH (1)1,2 10-2 (2)5,9 ∙10-7
Марганцовая HMnO4 2 ∙102

 

 

Продолжение таблицы

Электролит Формула Значение константы диссоциации КД
Муравьиная HCOOH 1,77 ∙10-4
Мышьяковистая HAsO2 6 ∙10-10
Мышьяковая H3AsO4 (1) 5,89 ∙10-3 (2) 1,05 ∙10-7 (3) 3,89 ∙10-12
Ортофосфорная H3PO4 (1)7,52 ∙10-3 (2)6,31 ∙10-8 (3)1,26 ∙10-12
Серная H2SO4 (1)1 ∙103 (2)1,2 ∙10-2
Сернистая H2SO3 (1)1,58 ∙10-2 (2)6,31∙ 10-8
Сероводородная H2S (1)6 ∙10-8 (2)1∙ 10-14
Угольная H2CO3 (1)4,45 ∙10-7 (2)4,69 ∙10-11
Уксусная CH3COOH 1,754 ∙10-5
Фтороводородная HF 6,01 ∙10-4
Хлорноватистая HClO 5,01 ∙10-8
Хлороводородная HCl 1 ∙107
Хромовая H2CrO4 (1)1∙ 101 (2)3,16∙10-7
Циановодородная HCN 7,9 ∙10-10
Щавелевая HOOC-COOH (1)5,4 ∙10-2 (2)5,4∙10-5
Яблочная HOOCCH(OH)CH2COOH (1)3,9 ∙10-4 (2)7,8 ∙10-6
Янтарная HOOC(CH2)2COOH (1)6,19 ∙10-5 (2)2,30 ∙10-6

 

 

Константы диссоциации некоторых неорганических оснований

Основание Формула Значение константы диссоциации КД
Гидроксид алюминия Al(OH)3 (3) 1,38 ∙10-9
Гидроксид аммония NH4OH 6,3 ∙10-5
Гидроксид бария Ba(OH)2 2,3 ∙10-1
Гидроксид ванадия V(OH)3 (3) 8,3 ∙10-12
Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 (2) 1,3 ∙10-4
Гидроксид железа (III) Fe(OH)3 (3) 1,35 ∙10-12
Гидроксид кадмия Cd(OH)2 5,0 ∙10-3
Гидроксид кальция Ca(OH)2 (2) 4,3 ∙10-2
Гидроксид кобальта Co(OH)2 4 ∙10-5
Гидроксид магния Mg(OH)2 (2) 2,5 ∙10-3
Гидроксид марганца Mn(OH)2 (2) 5 ∙10-4
Гидроксид меди Cu(OH)2 (2)3,4 ∙10-7
Гидроксид натрия NaOH 5,9 ∙1
Гидроксид никеля Ni(OH)2 (2) 2,5 ∙10-5
Гидроксид хрома Cr(OH)3 (3) 1,02 ∙10-10
Гидроксид цинка Zn(OH)2 (2) 4 ∙10-5

 

 

Концентрация ионов Н+ 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14
Величина водородного показателя
Индикаторы Окраска индикаторов
Лакмус ярко- крас ный ярко- крас ный   ярко- крас ный   крас ный крас ный слабо- крас ный фиоле товый слабо- синий синий синий ярко- синий ярко- синий ярко- синий ярко- синий
Фенолфталеин                 мали новый мали новый мали новый мали новый мали новый мали новый
Метилоранж ярко- крас ный ярко- крас ный ярко- крас ный крас ный крас ный светло- оран жевый оран жевый светло- оран жевый жёлтый жёлтый жёлтый жёлтый ярко- жёлтый ярко- жёлтый

 

Растворимость кислот, оснований и солей в воде

Анионы Катионы
H+ Li+ K+, Na+ NH4+ Sr2+ Ba2+ Ca2+ Mg2+ Al3+ Cr3+ Fe2+ Fe3+ Ni2+ Co2+ Mn2+ Zn2+ Ag+ Hg2+ Pb2+ Be2+ Cd2+ Sn2+ Cu2+
OH-   Р Р Р Р Р Р Н Н Н Н Н Н Н Н Н H H H H H
F- Р Н Р Р Н М Н М М М М Н Р Р Р М Р М Р Р Р Р
Cl- Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н Р М Р Р Р Р
Br- Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н М М Р Р Р Р
I- Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н Н Н Р Р М
S2- Р Р Р Р Р Р Р Р Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н
SO32- Р Р Р Р Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Р
SO42- Р Р Р Р Н Н М Р Р Р Р Р Р Р Р Р М Р Н Р Р Р Р
CrO42- Р Р Р Р М Н М Р Н Н Н Н Н (?) (?) Н
PO43- Р Н Р Р Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н
CO32- Р Р Р Р Н Н Н Н Н Н Н
SiO32- Н Р Р Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н (?) (?) Н
NO3- Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р
CH3COO- Р Р Р Р Р Р Р Р М Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р + Р Р Р

 

 


 


© cyberpedia.su 2017 - 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

0.017 с.