Тема 11: Електродні потенціали.
Електродний потенціал — різниця електричних потенціалів між електродом та електролітом, в контакті з яким він знаходиться (найчастіше між металом і розчином електроліту).
Якщо пластинку будь-якого металу, наприклад, цинку ,занурити у воду, то іони цинку, що утворюють кристалічну решітку металу, під дією полярних молекул води гідратуються, їх зв'язок їз решіткою послаблюється і деяка кількість, відриваючись від металу, перейде у воду, а на металі залишиться еквівалентна кількість електронів:
- Zn = Zn2+ + 2e-
Між катіонами металу, що перейшли у воду, і негативно зарядженою пластинкою виникає електростатичне притягання, яке зумовлює зворотний процес — перехід іонів металу на пластинку. Таким чином в системі встановлюється хімічна рівновага.
Іони цинку переходять із пластинки в розчин і осідають з розчину на пластинці з однаковою швидкістю. На межі металу з розчиномом утворюється подвійний електричний шар і виникає стрибок потенціалу. Чим міцніша кристалічна решітка металу, тим важче іону металу перейти у розчин. Чим більша величина теплоти гідратації, тим легше іонам перейти у розчин. Отже, при зіткненні металу з водою його йони перебувають під дією двох конкуруючих сил.
Якщо рідина — вода, то для всіх металів в якісному відношенні картина буде однозначною: метал заряджається негативно, шар рідини, що прилягає до нього, позитивно. Інша картина спостерігається у випадку, якщо металеву пластинку занурити в розчин солі цього металу. Якщо метал неактивний, то буде переважати процес осадження іонів з розчину, І пластинка такого металу набуває позитивного заряду.
Отже, при зануренні металевої пластинки у розчин власної солі на місці зіткнення металу з розчином виникає стрибок потенціалу, величина і знак якого залежать від хімічної природи металу та від активності його йонів у розчині.
Провідник (метал), занурений у розчин електроліту, називається електродом.
Різниця потенціалів (стрибок потенціалу), що виникає на межі поділу електрод — розчин, називається електродним потенціалом.
На нинішній час наука не має у своєму розпорядженні методів, які дозволяють вимірювати абсолютне значення електродних потенціалів, можна виміряти тільки різницю потенціалів. Для цього потрібно якийсь потенціал умовно прийняти за нуль. Таким потенціалом є нормальний (стандартний) потенціал водневого електрода. Нормальний водневий електрод являє собою платинову пластинку, покриту платиновою черню, занурену в розчин кислоти, активність іонів Н+ у якому дорівнює 1 моль/л. Через розчин пропускають ретельно очищений водень під тиском 101325 Па (1 ат.). Поверхня платини покривається шаром газоподібного водню. На межі газоподібний водень — іони гідрогену проходить реакція.
Як стандартний електрод сьогодні використовують не нормальний водневий, а інший, простіший у виготовленні. Для вимірювання електродних потенціалів збирають гальванічний елемент — прилад, у якому енергія хімічної реакції безпосередньо перетворюється в електричну енергію. Він складається з двох електродів.
Електрод, потенціал якого визначають, називають електродом визначення. Інший електрод з відомим значенням електродного потенціалу називають електродом порівняння. ЕРС гальванічного елемента дорівнює максимальній різниці електродних потенціалів. При розрахунках ЕРС від потенціалу позитивного елекроду віднімають потенціал негативного, тому що ЕРС є величиною позитивною.
Значення нормальних (стандартних) потенціалів одержують за умовв що електрод визначення занурений у розчин своєї солі з активність іонів 1 моль/л, а вимірювання проходять при Т = 298 К.
Ознайомитись з матеріалом. Зробіть стислий конспект зі слайдів.
Фото-звіт конспекту надіслати на Viber за номером +380997066912
Тема 12: Складання рівнянь ОВР
1. Записати схему реакції з усіма реагентами та продуктами без коефіцієнтів.
2. Визначити ступені окиснення всіх елементів у кожній сполуці.
3. Позначити елементи, які змінюють ступінь окиснення внаслідок перебігу реакції.
4. Скласти електронні схеми процесів окиснення та відновлення
5. Підібрати коефіцієнти в цих схемах так, щоб загальне число електронів, які формально віддає відновник, дорівнювало загальному числу електронів, які формально приєднує окисник.
6. Надати остаточного вигляду рівнянню реакції, добираючи коефіцієнти для решти учасників реакції.
2. Визначити ступені окиснення всіх елементів у кожній сполуці.
3. Позначити елементи, які змінюють ступінь окиснення внаслідок перебігу реакції.
4. Скласти електронні схеми процесів окиснення та відновлення
5. Підібрати коефіцієнти в цих схемах так, щоб загальне число електронів, які формально віддає відновник, дорівнювало загальному числу електронів, які формально приєднує окисник.
6. Надати остаточного вигляду рівнянню реакції, добираючи коефіцієнти для решти учасників реакції.
Для прикладу складемо рівняння наступної реакції:
MnO2 + KClO3 + KOH → K2MnO4 + KCl + H2O (8)
1. Визначаємо ступені окиснення:
Mn(+4)O2(–2) + K(+1)Cl(+5)O3(–2) + K(+1)O(–2)H(+1) → K2(+1)Mn(+6)O4(–2) + K(+1)Cl(–1) + H2(+1)O(–2)
2. Змінюють ступені окиснення Mn та Cl. Складаємо електронні схеми процесів окиснення та відновлення:
Mn(+4) – 2e–→ Mn(+6) | відновник, процес окиснення
Cl(+5) + 6e– → Cl(–1) | окисник, процес відновлення
3. Складаємо баланс електронів. Один атом Mn віддає два електрони, а один атом Cl приєднує 6 електронів. Щоб кількість електронів, які віддає відновник дорівнювала кількості електронів, які приєднує окисник домножимо електронну схему окиснення на 3:
3Mn(+4) – 6e–→ 3Mn(+6)
Cl(+5) + 6e– → Cl(–1)
4. Коефіцієнти, які стоять в електронних схемах біля окисника та відновника переносимо у молекулярне рівняння. Таким чином урівнюємо речовини в яких елементи змінюють ступені окиснення:
3MnO2 + KClO3 + KOH → 3K2MnO4 + KCl + H2O
5. Розставляємо коефіцієнти біля інших речовин методом підбору. Рекомендую урівнювати кількість атомів елементів в наступному порядку: металічні елементи → неметалічні елементи → Гідроген → Оксиген. За Оксигеном перевіряємо правильність складання рівняння реакції:
3MnO2 + KClO3 + 6KOH = 3K2MnO4 + KCl + 3H2O
Даний алгоритм розглядається практично в усіх навчальних посібниках. Однак, намагаючись скласти рівняння, навіть, найпростішої реакції горіння водню в нас можуть виникнути проблеми. Давайте в цьому переконаємось.
H2 + O2 → H2O (9)
1. Визначаємо ступені окиснення:
H2(0) + O2(0) → H2(+1)O(–2)
2. Складаємо електронні схеми процесів:
H(0) – e–→ H(+1) | відновник, процес окиснення
O(0) + 2e– → O(–2) | окисник, процес відновлення
3. Складаємо електронний баланс:
2H(0) – 2e–→ 2H(+1)
O(0) + 2e– → O(–2)
4. При спробі перенести коефіцієнти в нас не вийде скласти рівняння реакції, так як в схемі електронного процесу відновлення є один атом Оксигену, а в молекулярному рівнянні молекула кисню складається з двох атомів Оксигену. В такому випадку необхідно або записувати дробові коефіцієнти при складанні рівняння реакції:
H2 + 0,5O2 → H2O
або в схему електронного процесу вписувати ту кількість атомів, яка міститься в молекулі:
2H(0) – 2e–→ 2H(+1) | відновник, процес окиснення
2O(0) + 4e– → 2O(–2) | окисник, процес відновлення
Другий випадок кращий, так як дозволяє відразу поставити відповідні коефіцієнти. Складаємо електронний баланс
4H(0) – 4e–→ 4H(+1)
2O(0) + 4e– → 2O(–2)
5. Складаємо рівняння реакції:
2H2 + O2 = 2H2O
Варто відзначити, що для простих речовин прийнято в схемі електронного процесу записувати їхні молекули. Для реакції горіння водню дані процеси будуть мати наступний вигляд:
H2(0) – 2e–→ 2H(+1) | відновник, процес окиснення
O2(0) + 4e– → 2O(–2) | окисник, процес відновлення
А електронний баланс:
2H2 (0) – 4e–→ 4H(+1)
O2 (0) + 4e– → 2O(–2)
Крім того, існує ще ряд додаткових правил, яких слід дотримуватись при складанні рівнянь даним методом. Це стосується процесів дисмутації та конмутації, внутрішньомолекулярних окисно-відновних реакцій, реакцій за участю органічних речовин, реакцій в яких речовина містить декілька відновників та декілька окисників, а також реакцій в яких частина молекул речовини бере участь в окисно-відновних процесах, а частина в реакціях йонного-обміну. Особливості складання рівнянь даних реакцій я опишу в наступних публікаціях.
Метод електронного балансу найкраще підходить для реакцій, які відбуваються між газами та твердими тілами.
Комментарии
Отправить комментарий