Навигация:

Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Новые материалы

Топ:

Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного...

Оснащения врачебно-сестринской бригады.

Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...

Интересное:

Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...

Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...

Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...

Дисциплины:

Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

К атод – в осстановление – п рием электронов к – в -п

2020-08-21

122

0.00 из 5.00 0 оценок

Заказать работу

Стр 1 из 3Следующая ⇒

К АТОД – В ОССТАНОВЛЕНИЕ – П РИЕМ ЭЛЕКТРОНОВ К – В -П

1833г. англ. и уч. М.Фарадей

k – электрохимический эквивалент;

q = I × τ - количество электричества, Кл;

I - силатока, прошедшего через систему, А;

τ – время протекания процесса, с (час);

m 1/ m 2 = M _Э 1/ М _Э2 m 1/ M _Э 1 = m 2/ M _Э 2

n _Э1 моль экв.= n _Э2 моль экв.

► М _Э, V _{Э (газ)} - F

пропорция ►

► m, V _(газ) - q = I ^. τ ^.η

η - выход по току – доля количества электричества, пошедшего на данный процесс по отношению к суммарному количеству электричества, прошедшему через электрод.

η = q / ∑ q

► для массы вещества:

М _Э – молярная масса эквивалента вещества: г /моль

n – число электронов, участвующих в процессе

►- для объема газообразных веществ:

V _Э – объем моль-эквивалента газа:

л/моль

При (н.у.) объем 1 моля газа - _m = 22,4 л/моль

► Задача: Идет процесс восстановления ионов меди:

Cu ²⁺ + 2 e → Cu

Какое время τ понадобится для получения массы меди m _Cu = 63,54 г при силе тока I =20 A, выход по току η= 100%.

Решение:

Молярная масса эквивалента меди:

М _Э = М /2 = 31,77 г/моль.

Пропорция по закону Фарадея:

М _{Э С} _u = 31,77г/моль - F = 26,8 А^.час

m _Cu = 63,54 г - q = I ^. τ ^.η

τ = 63,54 ^. 26,8 / 31,77 ^. 20 = 2,7 час.

► Задача: Идет процесс выделения кислорода:

2Н₂О - 4 e → О₂+ 4Н⁺

Какое количество электричества q понадобится для получения 2,8 л О₂, (н.у.)? Выход по току η= 70%.

Решение:

Объем 1 моль-экв. кислорода: V _Э = 22,4/4 = 5,6 л/моль.

Пропорция по закону Фарадея:

V _{Э О2} = 5,6 л/моль - F = 26,8 А^.час

V _О2 = 2,8 л - q ^. η

q = 2,8 ^. 26,8 / 5,6 ^. 0,7 = 19,38 А^. час.

Металл Ме погружен в раствор

собственных ионов Меⁿ⁺.

На границе раздела электрод - ионный проводник:

Ме: Ме ⁿ ⁺ × n е Û Ме ⁿ ⁺ + n е

а) Ме + mН₂О ® Меⁿ⁺ × (Н₂О)_m+ ne

Ме

раствор Ме

б) диффузия Ме ⁿ ⁺ в раствор;

в) образуется двойной

электрический слой

на Ме (-), в растворе (+);

г) на границе Ме – раствор

возникает

скачок потенциалов:

(Y ₂ - Y ₁) = Е _Ме ⁿ ⁺ _/Ме

- электродный потенциал;

Знак потенциала – заряд на Ме

д) устанавливается равновесие:

Ме + mН₂О Û Меⁿ⁺ × (Н₂О)_m+ ne

J _{выхода Ме} ⁿ⁺ = J _{адсорб Ме} ⁿ⁺

- возникает ► равновесный.

. электродный.

. потенциал :

. Е ^р _Ме ⁿ ⁺ _/Ме , [В]_.

► активные Ме (Fe, Zn) Þ переход ионов в раствор

Þ (- Е ^р _Ме ⁿ ⁺ _/Ме):

Ме ® Ме ⁿ ⁺ + ne

► неактивные Ме (Cu, Ag) Þ адсорбция ионов из раствора Þ (+ Е ^р _Ме ⁿ ⁺ _/Ме):

Ме ⁿ ⁺ + ne ® Ме

► благородные Ме (Au, Pt) Þ разность потенциалов возникает за счет адсорбции молекул газа Þ газовые электроды, например:

Н⁺_р-р/ Н₂; Pt

окисленная восстановленная

форма форма

Pt / Pt: адсорбция Н₂

H₂ на границе Ме - раствор:

потенциалопределяющая

реакция:

2Н⁺ + 2е Û Н₂; Е ^р _Н+/Н2

H⁺

H₂

Условно считают при стандартном состоянии:

р _Н2 = 1 (10 ⁵Па) │

► а _Н+ = 1моль/л } (с.с.)

│

и Т = 298 К

► Абсолютное значение электродного потенциала определить нельзя. Þ измеряют относительные значения электродных потенциалов - относительно электрода сравнения, потенциал которого известен, например, Е ⁰ _Н+/Н2 = 0 В.

О₂, Pt / ОН^-_р-р

окисленная восстановленная

форма форма

На границе Ме-раствор:

Растворы электролита;

Диафрагма, проницаемая для ионов;

При обратимом процессе

(р,Т = c о nst): Þ ►

Пусть ТОР в ГЭ: 2А + В 3D + K

Если данный ГЭ работает при

Стандартном состоянии, а _ионов =1 моль/л:

D G ⁰ _ТОР= - n ^. F ^. E ⁰ _Э

Если данный ГЭ работает при

не стандартном состоянии, а _ионов ≠ 1 моль/л:

D G _ТОР = D G ⁰ _ТОР + RT ^. ln = - n ^. F ^. E _Э

Е _Э = ƒ (а _ионов, р _газов) ►

Е_Э = -

Е⁰_Э

►►►►

D G ⁰ _ТОР = - RT ln K _р Þ

где K _р - константа равновесия ТОР

Уравнение Гиббса-Гемгольца:

В энергетических единицах:

D G _ТОР = D Н + Т ()

В электрических единицах:

nFE _Э = - D Н + nF Т

В результате:

Е_Э = Þ

или

- температурный коэффициент, [ В/К ].

Выводы

если: ► D S _ТОР > 0: ↑ Т Þ ↑ Е _Э

► D S _ТОР < 0: ↑ Т Þ ↓ Е _Э

► < 0 Þ А _ЭЛ < энергии ТОР Þ

Решение.

Из таблицы: В, В.

Т.к. Þ Ag – катод, Zn – анод.

А: Zn ® Zn⁺² + 2e

K: Ag⁺+ e ® Ag 2

ТОР: Zn + 2 Ag ⁺ ® Zn ⁺² + 2 Ag

● =0,799 – (– 0,763)= 1,562 В

● B.

Уравнение Нернста:

● В

● B

● В.

Е _Э= 1,503 В Þ Е_Э⁰ > Е_Э

Или так: ●

Пример. Гальванический элемент Н₂ / О₂

При стандартном состоянии (с.с.):

Е ⁰ _Н+/Н2 = 0,0 В - анод

Е ⁰ _О2/ОН– = 0,401 В - катод

А: Н₂ ® 2Н⁺ + 2 e 2

K: О₂+ 2Н₂О + 4 e ® 4ОН^–

ТОР: 2Н₂ + О₂+ 2Н₂О ® 4Н⁺+ 4ОН^–

Е ⁰ _Э = Е ⁰_О2/ОН– - Е ⁰_Н+/Н2 = 0,401 - 0,0 В = 0,401 В

Уравнение Нернста:

●

Пример. Гальванический элемент O ₂ / Cl ₂

При стандартном состоянии (с.с.):

Е ⁰ _О2/ОН– = 0,401 В - анод

Е ⁰ _Cl _2/ _Cl _– = 1,359 В - катод

А: 4ОН^– ® О₂+ 2Н₂О + 4 e

K: Cl ₂ + 2 e ® 2 Cl ^– 2

ТОР: 4ОН^– + 2 Cl ₂ ® О₂+ 2Н₂О + 4 Cl ^–

Е ⁰ _Э = Е ⁰ _Cl _2/ _Cl _– - Е ⁰_О2/ОН– = 1,359 - 0,401 В = 0,958 В

Уравнение Нернста:

●

КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ГЭ

Пример Zn / Zn ГЭ

/ \ Т = 298 К, Е ⁰ _Zn _2+/ _Zn = – 0,763 В

ß ß

(1) в растворе (2) в растворе

ZnSO ₄ ZnSO ₄

а _Zn ₂₊ =0,05 моль/л а _Zn ₂₊ =0,001 моль/л

ß ß

Е ^р _Zn _2+/ _Zn = – 0,766 В Е ^р _Zn _2+/ _Zn = – 0,851 В

ß ß

более (+) катод более (–) анод

расчеты - по Уравнению Нернста:

● Е ^р _Zn _2+/ _Zn = Е ⁰ _Zn _2+/ _Zn + (0,059/2) ^. lg а _Zn ₂ ₊

А: Zn ® Zn⁺² + 2e

K: Zn⁺² + 2e ® Zn

Е _Э = – 0,766 В- (-0,851) = 0,085 В

Пример Н₂ / Н₂ ГЭ

/ \ Т = 298 К, Е ⁰_Н+/Н2= 0,0 В

ß ß

(1) в растворе (2) в растворе

Н₂ SO ₄ Н₂ SO ₄

рН = 2 рН = 5

р _Н2 = 10 кПа р _Н2 = 100 кПа

ß ß

Е ^р _Н+/Н2 = – 0,1475 В Е ^р_Н+/Н2= – 0,354 В

ß ß

более (+) катод более (–) анод

расчеты - по Уравнению Нернста:

● Е ^р _Н+/Н2 = - 0,0259 ^. lg р _Н2 – 0,059 ^. рН

А: Н₂ ® 2Н⁺ + 2 e

K: 2Н⁺ + 2 e ® Н₂

Е _Э = – 0,1475 - (-0,354) = 0,2065 В

При работе ГЭ Þ вырабатывается электрический ток Þ под действием электрического тока Þ возникают потери:

► Δ Е _А, Δ Е _К – поляризационные потери на аноде и катоде за счет скопления продуктов реакции на электроде и за счет недостатка исходных веществ для реакции на электроде и за счет замедленности самой электрохимической реакции Þ

Þ { Е анода Þ более положительным

{ Е катода Þ более отрицательным

► Δ Е _ОМ – омические потери в электролите (!) и на электродах Þ Δ Е _ОМ = R ^. I

В результате в ГЭ напряжение U - уменьшается.

U – напряжение ГЭ; U = Е _К – Е _А (при I ≠ 0)

I (r ₁ + r ₂) - омическое падение напряжения;

r ₁ - сопротивление в проводниках с электронной;

проводимостью (проводники первого рода);

r ₂ - сопротивление в электролите (проводник второго

рода);

Δ Е _А, Δ Е _К – поляризация анода и катода.

график зависимости Е = f (i) –

поляризационные кривые ГЭ

Для увеличения ↑ U ГЭ необходимо:

► ↑ Δ Е _Э ● ↑ а _{ионов, исх.}, ↑ р _{газов, исх.} ТОР

● ↓ а _{ионов, прод.}, ↓ р _{газов, прод.} ТОР

► ↓ Δ Е _А ● ↑ температуру Т

↓ Δ Е _К ● ↑ S _{электродов}

● использовать электроды –

катализаторы

► ↓ Δ Е _ОМ ● ↑ температуру Т

● ↓ расстояния между электродами

● перемешивать электролит

● использовать добавки,

подвижные ионы,

увеличивающие

электропроводность

электролита.

Материальные расчеты для электрохимических процессов - по закону Фарадея Þ ток (I) пропорционален количеству вещества, прореагировавшему на электродах в единицу времени, т.е. скорости электрохимической реакции:

► Þ значение I для оценки скорости электрохимической реакции