Кислая среда. Щелочная среда. Нейтральная среда. Расчёт Э. Д. С. Тема 11. Гальванические элементы (Г. Э. ). Химические источники тока (Х. И. Т. )

Кислая среда

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ → MnSO₄ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

K⁺+MnO₄^‾ +2Na⁺+SO₃^2-+2H⁺+SO₄^2-→ Mn²⁺+SO₄^2-+2Na⁺+SO₄^2-+2K⁺+SO₄^2-+H₂O

MnO₄^‾ +SO₃^2-+2H⁺→ Mn²⁺+SO₄^2-+H₂O

                                                         н. о. к.

MnO₄^‾ + 8 H⁺ + 5 ē → Mn²⁺ + 4 H₂O        х 2 (в-ие)

ок-ль                                                  10

SO₃^2- + H₂O - 2 ē → SO₄^2- + 2 H⁺                 х 5 (ок-ие)

в-ль

 

                             6                                                   3

2 MnO₄^‾ + 5 SO₃^2- + 16 H⁺ + 5 H₂O → 2 Mn²⁺ +5 SO₄^2-+ 8 H₂O + 10 H⁺

2 KMnO₄ + 5 Na₂SO₃ + 3 H₂SO₄ → 2 MnSO₄ + 5 Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3 H₂O

Щелочная среда

KMnO₄ + Na₂SO₃ + КОН → К₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

K⁺ + MnO₄^‾ + 2 Na⁺ + SO₃^2- + К⁺ + ОН‾ → 2 К⁺ + MnO₄^2- + 2 Na⁺ + SO₄^2- + H₂O

MnO₄^‾ + SO₃^2- + 2 H⁺ → Mn²⁺ + SO₄^2- + H₂O

                                                         н. о. к.

MnO₄^‾ + 1 ē → MnO₄^2-                             х 2 (в-ие)

ок-ль                                                   2

SO₃^2- + 2 OН‾ - 2 ē → SO₄^2- + 2 H₂О            х 1 (ок-ие)

в-ль

2 MnO₄^‾ + SO₃^2- + 2 ОН‾ → 2 MnO₄^2- + SO₄^2-+ H₂O

                                        13 = 13

2 KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2 KOH → 2 K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

Нейтральная среда

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂O → MnO₂ + Na₂SO₄ + KOН

K⁺ + MnO₄^‾ + 2 Na⁺ + SO₃^2- + H₂O → MnO₂ + 2 Na⁺ + SO₄^2- + K⁺+ OН‾

MnO₄^‾ + SO₃^2- → MnO₂ + SO₄^2-

                                                             н. о. к.

MnO₄^‾ + 2 H₂O + 3 ē → MnO₂ + 4 OH‾         х 2 (в-ие)

ок-ль                                                       6

 

SO₃^2- + H₂O - 2 ē → SO₄^2- + 2 H⁺                       х 3 (ок-ие)

в-ль

                                           1                                                     2 ОН

2 MnO₄^‾  + 4 H₂O + 3 SO₃^2- + 3 H₂O → 2 MnO₂ + 3 SO₄^2- + 6 H ⁺ + 8 OH‾

                           18 = 18                                         6 HOH

2 KMnO₄ + 3 Na₂SO₃ + H₂O → 2 MnO₂ + 3 Na₂SO₄ + 2 KOH

Расчёт Э. Д. С.

Количественной характеристикой окислительно-восстановительной способности является окислительно-восстановительный потенциал или стандартный электродный потенциал (φ ˚ или Е˚ В).

Чем больше значение φ ˚, тем сильнее выражены окислительные свойства.

Чем меньше значение φ ˚, тем сильнее выражены восстановительные свойства.

	Э. Д. С. = φ ˚ ок-ля - φ ˚ в-ля

 

 

1. О. В. Р. возможна, если Э. Д. С. > 0.

2. Если Э. Д. С. < 0, то прямая реакция невозможна.

3. Если Э. Д. С. = 0, то в системе – химическое равновесие.

 

 

Возможна ли реакция: Mg + ZnSO₄ → Zn + MgSO₄?

 

_{0      +2                 0      +2}

Mg + ZnSO₄ → Zn + MgSO₄

в-ль ок-ль

φ ˚ Zn⁺²/Zn⁰ = - 0, 76 В

φ ˚ Mg⁺²/Mg⁰ = - 2, 37 В

Э. Д. С. = - 0, 76 – (- 2, 37) = 1, 6 В.

Т. к. Э. Д. С. > 0, то реакция возможна.

 

 

ТЕМА 11. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (Г. Э. )

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА (Х. И. Т. )

Г. Э. – устройство, состоящее из двух полуэлементов, в котором химическая энергия превращается в электрическую.

Полуэлемент – система, состоящая из металлической пластинки, опущенной в раствор собственной соли.

Цинковый и медный полуэлементы

До замыкания цепи

+                + +                 + +                + +                +   Zn2+ + SO42-

         Zn

+                + +                + +                + +                +   Zn2+ + SO42-

                                                          Cu

 

   Zn/ZnSO₄                                                Cu/CuSO₄

Zn⁰ - 2ē ↔ Zn²⁺                          (1)       Cu⁰ - 2ē ↔ Cu²⁺                          (2)

В обоих полуэлементах образуются электродные потенциалы, однако на цинке будет больший избыток электронов, т. к. он более активный металл, поэтому равновесие (1) в большей степени смещено вправо, чем равновесие (2).

Для замыкания цепи необходимы:

Проводник первого рода – металлическая проволока (для движения электронов по внешней цепи)

Проводник второго рода – стеклянная трубка, заполненная агар-агаром и KCl (электролитический мостик, по которому движутся анионы).

После замыкания цепи

 

                                                             ē

Zn2+

+

                    Zn (A)                                                              Cu (K)

					+

                                                           SO₄^2-

 

ē

                                          _

(А) Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu (K)

Равновесие (1) и (2) нарушаются:

(1) (А) Zn⁰ - 2ē → Zn²⁺                          (K) Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰ 

 

Выводы:

Анод – электрод, на котором                      Катод – электрод, на котором                   

происходит процесс окисления;           происходит процесс восстановления;

• активный металл (φ < );                          • неактивный металл (φ > );

• заряд     , т. к. ионы Ме⁺ⁿ из метал –       • заряд, т. к. ионы Меⁿ⁺ переходят из

 лической кристаллической решётки          раствора на электрод;

 переходят в раствор;                      

• процесс Ме⁰ – nē → Meⁿ⁺  -               • процесс Меⁿ⁺ + nē → Ме⁰ - за счёт (ē ),

 избыток (ē ) на (А).                                    которые перешли с анода.

           ●

    ●        ●

           ●                                                                                 

 

Расчёт ЭДС (Г. Э. )

ЭДС (электродвижущая сила) – разность потенциалов.

ЭДС = φ _(К) – φ _(А)

Стандартные условия: ЭДС = φ ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ – φ ⁰_Zn²⁺_/Zn⁰ = 0, 34 – (- 0, 76) = 1, 1 В.

Для произвольных условий - по уравнению Нернста:

ЭДС = (φ ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ + ^{2, 31·R·T}lg[Cu²⁺]) – (φ ⁰_Zn²⁺_/Zn⁰ + ^{2, 31·R·T}lg[Zn²⁺])

                               n·F                                              n·F

ЭДС = (φ ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ + 0, 059/2·lg[Cu²⁺]) – (φ ⁰_Zn²⁺_/Zn⁰ + 0, 059/2·lg[Zn²⁺])

 

 

РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ: «ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ»

 

Задача

Рассмотрите работу гальванического элемента: Cu/CuCl₂//CdCl₂/Cd.

 [Cu²⁺] = 0, 1 M; [Cd²⁺] = 0, 001 M

 

1. φ ^р_Сu²⁺_/Cu⁰ = φ ⁰_Сu²⁺_/Cu⁰ + 0, 059/2·lg[Cu²⁺] = 0, 34 + 0, 059/2·lg10^-1 = 0, 3103 В

 

φ ^р_Сd²⁺_/Cd⁰ = φ ⁰_Сd²⁺_/Cd⁰ + 0, 059/2·lg[Cd²⁺] = - 0, 4 + 0, 059/2·lg10^-3 = - 0, 4885 B

 

2. φ ^р_Сu²⁺_/Cu⁰ > φ ^р_Сd²⁺_/Cd⁰ => Cd – (A), Cu – (K).

 

                      ē

3. _

(A) Cd/ CdCl₂// CuCl₂/ Cu (K)

 

4.                                                           ē

+

Cd2+

5.                   (A) Cd                                                               Cu (K)

                                                           Cl^-

 

6.

(А) Cd⁰ - 2ē → Cd²⁺

(K) Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰ 

 

7. ЭДС = φ _(К) – φ _(А) = 0, 3103 – (-0, 4885) = 0, 7988 В

 

 

ТЕМА 12. ЭЛЕКТРОЛИЗ

Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах, опущенных в раствор или расплав электролита и подключённых к внешнему источнику постоянного электрического тока.

ЭЛЕКТРОЛИЗ

нерастворимый

расплавов         растворов

растворимый

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: