Гальванические элементы. Рис. 6.5. Медно-цинковый гальванический элемент
Гальванические элементы
Простейший гальванический элемент (ГЭ) состоит из двух полуэлементов: пластин, изготовленных из различных металлов и погруженных в раствор электролита, содержащий собственные ионы. Металлические пластины соединены между собой проводником первого рода (проводом), а растворы – электролитическим ключом (солевым мостиком). Условно схема такого ГЭ записывается в виде Ме1|Ме1n+||Me2m+|Me2. В качестве примера рассмотрим работу стандартного медно-цинкового гальванического элемента (элемент Даниэля – Якоби) (рис. 6. 5), и в основе которого лежит самопроизвольная ОВ-реакция между цинком и сульфатом меди: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu Устройство состоит из цинковой пластины, опущенной в 1М раствор ZnSO4, и медной пластины, погруженной в 1М раствор CuSO4. Металлические пластины соединены между собой проводником первого рода, а растворы – электролитическим ключом. В первом полуэлементе формируется скачок потенциала за счет равновесия между атомами цинка в металле и ионами цинка в растворе: Zn0 - 2 При замыкании внешней электрической цепи, за счет разных потенциалах на электродах, электроны от цинкового электрода переходят к медному электроду. Это приводит к нарушению исходных равновесий: в результате чего на цинковом электроде протекают процессы окисления, а на медном электроде процессы восстановления, обеспечивая поддержание их потенциалов. В электрохимии принято электрод, на котором протекают реакции окисления, называть анодом, а электрод, на котором идут реакции восстановления, – катодом .
Рис. 6. 5. Медно-цинковый гальванический элемент Таким образом, цинк, имеющий меньший электродный потенциал, является анодом, а медь (с наибольшим потенциалом) – катодом. При окислении цинка с его поверхности ионы Zn2+, уходят в раствор. На катоде ионы Cu2+ из раствора восстанавливаются, при этом в растворе остаются неуравновешенными ионы SO42-. Образовавшиеся при окислении цинка положительные ионы Zn2+ притягивают через солевой мостик отрицательные ионы SO42-. В результате в растворе возникает электрический ток за счет движения отрицательных анионов, а в проводнике первого рода – за счет движения электронов. Условно схема данного ГЭ записывается в виде: А ( - ) Zn|Zn2+||Cu2+|Cu ( + ) К. Реакции, протекающие на электродах при работе данного ГЭ: А (-) Zn0 - 2
Суммарная реакция Zn0 + Cu2+ = Cu0 + Zn2+ или Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu. Последние две реакции, записанные в ионно-молекулярном и молекулярном виде, называются токообразующми реакциями. Стандартная электродвижущая сила (ЭДС) или ДЕ0 определяется как разность потенциала окислителя и восстановителя: ∆ Е= Е0катода – E0анода = +0, 337 – (-0, 763) = +1, 10 В. Для повышения ЭДС можно изменить концентрацию потенциал-определяющих ионов. В медно-цинковом ГЭ, увеличивая концентрацию раствора CuSO4 и снижая концентрацию раствора ZnSO4, то есть, изменяя стандартные потенциалы цинкового и медного электродов, можно повысить ЭДС на десятки милливольт. В принципе, ГЭ можно составить на основе любой самопроизвольной ОВР. В качестве примера рассмотрим самопроизвольную ОВ реакцию в водном растворе между хлоридом 2- валентного олова и хлоридом 3- валентного железа: SnCl2 + FeCl3 = SnCl4 + FeCl2. В данной реакции происходит окисление ионов Sn2+ ионами железа Fe3+:
Fe3+ +
Для получения электрического тока за счет этой реакции необходимо создать ГЭ, представленный на рис. 6. 6.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|