Простейшая модель строения металла следующая: в узлах кристаллической решетки находятся положительные ионы металла, которые прочно связаны подвижными электронами. При погружении металлической пластины в водный раствор соли этого же металла положительные ионы, находящиеся на поверхности металла, гидратируются и переходят в раствор. В результате этого перехода в кристаллической решетке металла оказывается избыток электронов и пластина приобретает отрицательный заряд. Между отрицательно заряженной пластиной и положительными ионами в растворе возникает электростатическое притяжение, в результате которого раствор у поверхности пластины приобретает положительный заряд. Одновременно развивается противоположный процесс: ионы металла из раствора принимают электроны с поверхности пластины и образуют атомы металла, которые становятся частью кристаллической решетки.
Через промежуток времени между металлической пластиной и раствором устанавливается состояние равновесия, при котором скорость перехода ионов из металла в раствор равна скорости разряжения ионов из раствора на поверхности металла:
Гальванический элемент
Таким образом, при контакте металла с раствором его соли поверхности этих фаз приобретают противоположные заряды – образуется двойной электрический слой и возникает разность потенциалов.
Система, состоящая из металлического проводника и раствора электролита, в который погружен проводник, называется электродом, а разность потенциалов на границе металл-электролит – электродным потенциалом .
Электродный потенциал зависит от следующих основных факторов:
— концентрации ионов металла в растворе;
Зависимость величины потенциала от указанных факторов выражается уравнением Нернста:
где — стандартный электродный потенциал, В;
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль•К);
Т – абсолютная температура, К;
F – постоянная Фарадея, равная 96500 кл/моль;
n – число электронов, участвующих в электродном процессе;
— молярная концентрация ионов металла в растворе, моль/л.
Если в уравнение (1) подставить значения постоянных R и F, стандартную температуру 298 К и перейти от натурального к десятичному логарифму, получим:
Из уравнения (2) следует, что стандартный потенциал j 0 – это потенциал электрода при стандартных условиях: Т=298 К; =1 моль/л.
Измерить абсолютную величину электродного потенциала невозможно, поэтому потенциалы металлов выражают по отношению к стандартному водородному электроду (СВЭ), потенциал которого условно принимается равным нулю:
По отношению к потенциалу стандартного водородного электрода потенциалы различных металлов располагаются в ряд стандартных электродных потенциалов или ряд напряжений (приложение, табл.5).
Чем более отрицательное значение имеет потенциал металла, тем более сильной восстановительной способностью он обладает. И наоборот, чем более положителен потенциал электрода, тем большей окислительной способностью обладают его ионы.
Продукты в ОВР. Ч.2-3. Гальванический элемент.
Металлы, стоящие в ряду напряжений левее, вытесняют правее стоящие из растворов их солей.
Металлы, расположенные в ряду напряжений до водорода, вытесняют его из некоторых кислот.
Процессы, протекающие на границе металл-раствор, лежат в основе работы гальванического элемента – устройства для превращения энергии химической окислительно-восстановительной реакции в электрическую.
Гальванический элемент представляет собой электрохимическую систему, состоящую из двух металлических пластин, погруженных в растворы солей собственных ионов. Растворы соединяются солевым мостиком – стеклянной трубкой, заполненной электролитом KCl. Солевой мостик препятствует смешиванию растворов и проводит электрический ток.
Рассмотрим гальванический элемент Даниэля-Якоби, состоящий из медной и цинковой пластин, погруженных в растворы солей CuSO4 и ZnSO4, соответственно. Пока цепь разомкнута, на каждой из пластин устанавливается равновесие:
Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, чем потенциал медного электрода, поэтому при замыкании внешней цепи, т.е. при соединении электродов металлическим проводником, избыточные электроны будут перемещаться с цинкового электрода на медный. В результате перехода электронов равновесие на цинковой пластине сместится вправо и в раствор перейдут новые количества ионов цинка. В то же время равновесие на медной пластине сместится влево и на поверхности пластины произойдет разряд ионов меди.
Таким образом, при замыкании цепи возникают самопроизвольные процессы растворения цинка на цинковом электроде и осаждение меди на медном электроде.
Движение анионов (SO4 2– ) через солевой мостик замыкает электрическую цепь гальванического элемента.
В гальваническом элементе электрод, на котором идут процессы окисления, называют анодом, ему присваивают отрицательный заряд (–). Электрод, на поверхности которого идут процессы восстановления катионов металла из раствора, называют катодом и ему присваивают положительный заряд (+).
Гальванический элемент принято изображать в виде схемы:
(–) Zn | Zn 2+ || Cu 2+ | Cu (+)
Анодный процесс: А(–): Zn 0 — 2 = Zn 2+
Катодный процесс: К(+): Cu 2+ + 2 = Cu 0
токообразующая Zn 0 + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu 0
реакция: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu
Главной характеристикой гальванического элемента является электродвижущая сила (э.д.с.) Е, равная разности электродных потенциалов катода и анода:
Если э.д.с. измеряют при стандартных условиях, то ее рассчитывают по стандартным электродным потенциалам. Так, для гальванического элемента Даниэля-Якоби
E 0 = j 0 Cu — j 0 Zn = 0,34 –(-0,76) = 1,1 В
Если условия отличны от стандартных, то величины электродных потенциалов рассчитывают по уравнениям Нернста.
Гальванический элемент из двух электродов, изготовленных из одного металла, но погруженных в растворы солей этого металла с различной концентрацией называют концентрационным.
Анодом в таком элементе будет пластина в растворе с меньшей концентрацией (С1), катодом – пластина в растворе с более высокой концентрацией (С2). Электродвижущую силу такого элемента рассчитывают по формуле:
Таким образом, концентрация первого раствора С1 будет постепенно увеличиваться, а второго раствора С2 – уменьшаться. Через некоторое время концентрации С1 и С2 станут одинаковыми, а э.д.с. – равной нулю.
Пример 1. Определите электродный потенциал цинка, опущенного в раствор его соли с концентрацией ионов Zn 2+ 0,001 моль/л.
Решение. Зависимость электродного потенциала металла от концентрации его ионов выражается уравнением Нернста
Стандартный потенциал цинка равен -0,76 В. Отсюда
Пример 2. Составьте схему, анодный и катодный процессы и вычислите э.д.с. гальванического элемента, образованного серебряной и кадмиевой пластинами, погруженными в растворы с концентрацией ионов =0,1 моль/л и =0,005 моль/л.
Решение. Схема ГЭ:
(–) Cd | Cd 2+ || Ag + | Ag (+)
Кадмиевый электрод имеет меньшее значение потенциала, чем серебряный, поэтому он будет анодом. Электродные процессы:
А(–): Cd 0 — 2 = Cd 2+ 1
К(+): Ag + + 1 = Ag 0 2
реакция Cd 0 + 2Ag + = Cd 2+ + 2Ag 0
Чтобы определить э.д.с. гальванического элемента, нужно рассчитать потенциалы электродов при данных концентрациях ионов:
Пример 3. Рассчитайте э.д.с. концентрационного гальванического элемента, если железные пластины погружены в раствор соли хлорида железа (III) с концентрацией ионов Fe 3+ : С1=0,01 моль/л, С2=0,1 моль/л.
Решение. Электродвижущую силу концентрационного гальванического элемента можно рассчитать по формуле
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты
⚡ Условие + 37% решения:
Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.
Решение: Стандартные электродные потенциалы железа и серебра имеют следующие значения При соединении данных пластин внешним проводником возникает гальванический элемент, в котором железо является анодом, серебро – катодом. Схема гальванического элемента
Готовые задачи по химии которые сегодня купили:
- Какой из 3-х растворов будет обладать наибольшим осмотическим давлением, если в 1 л каждого раствора содержится по 4,6 г: а) глицерина C3H8(OH)3; б) этилового спирта C2H5OH; в) хлорида натрия.
- Степень диссоциации муравьиной кислоты в 0,2 н. растворе равна 0,03.
- Равновесие системы CO2 + H2 ↔ CO + H2O установилось при следующих концентрациях участвующих в ней веществ: [CO2] = 2,25 моль/л, [H2] = 0,25 моль/л, [CO] = [H2O] = 0,75 моль/л.
- Вычислить константу равновесия реакции 3Fe (к) + 2CO (г) ↔ Fe3C (к) + СО2 (г) — Q если в реактор объемом 5 л при некоторой температуре поместили навеску железа и ввели 1,05 моль СО и 0,05 моль СО2, а к моменту наступлению равновесия количество СО2 возросло до 0,5 моль.
- Химические процессы, происходящие в свинцовом (кислотном) аккумуляторе, выражаются уравнением.
- Вычислите константу гидролиза хлорида аммония, определите степень гидролиза этой соли в 0,01 М растворе и рН раствора.
- Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых медь была бы катодом, а в другом – анодом
- Константа скорости реакции С2Н2 (г) + 2 Н2 (г) ↔ С2Н6 (г) + Q при некоторой температуре равна 0,03.
- Напишите в молекулярной и ионной форме уравнения реакций, протекающих между веществами: а) K2S + H2SO4, б) Fe(OH)3 + HNO3, в) CH3COOH + NH4OH, г) Na2SO4 + BaCl2, д) MgCO + HCl.
- Закончить уравнение реакции, записать сокращённое ионно-молекулярное Ag2CO3↓ + HNO3 = б).
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
Источник: lfirmal.com
Схема гальванического элемента железной и серебряной пластины
Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты . Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.
2 (5 оценок)
Kostyani4 10 лет назад
Светило науки — 1 ответ — 19 раз оказано помощи
что значит составьте схему?
«Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и
погружены в раствор серной кислоты» — вот и вся схема. Что, у кого то не хватит воображения чтоб понять что к чему?
Анод (это железная пластинка): Fe — 2e- —-> Fe(2+)
Катод (это серебряная пластинка): 2H(+) + 2e- —-> H2
может на схеме надо еще нарисовать как эти самые e движутся по проводнику :))
Источник: vashurok.com