Окисление, восстановление

В окислительно-восстановительных реакциях электроны от одних атомов, молекул или ионов переходят к другим. Процесс отдачи электронов — окисление. При окислении степень окисления повышается:

Процесс присоединения электронов — восстановление. При восстановлении степень окисления понижается:

Атомы или ионы, которые в данной реакции присоединяют электроны являются окислителями, а которые отдают электроны — восстановителями.

R.2.16. Важнейшие восстановители и окислители

Билет 29

Виды окислительно-восстановительных реакций

Межмолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах разных веществ, например:

Н₂S + Cl₂ → S + 2HCl

Внутримолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же вещества, например:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) — реакции, в которых один и тот же элемент выступает и как окислитель, и как восстановитель, например:

Cl₂ + H₂O → HClO + HCl

Репропорционирование (конпропорционирование) — реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления, например:

NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O

Билет 31

Заряженный аккумулятор становится точно таким же источником электрического тока, как и обычный гальванический элемент, т. е. он может беспрерывно давать электрический ток до наступления полного разряда, после чего аккумулятор опять можно зарядить. Различие же между гальваническим элементом и аккумулятором заключается лишь в том, что в гальваническом элементе химический процесс, связанный с движением электрических зарядов, может происходить только в одном направлении; в аккумуляторе же при пропускании тока от внешнего источника химический процесс происходит в обратном направлении, после чего снова становится возможным прямой процесс, при котором аккумулятор отдает ток. При правильном уходе и умелом обращении аккумулятор может выдержать несколько сот таких зарядов и разрядов и прослужить несколько лет. ПРИНЦИП РАБОТЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА Простейший гальванический элемент состоит из стеклянного (или другого какого-либо материала) сосуда (рис), внутри которого помещаются на некотором расстоянии друг от друга цинковая и угольная (или медная) пластинки. Эти пластинки обычно называются электродами или полюсами элемента. В сосуд наливается электролит — раствор какой-либо соли или кислот в дистиллированной воде. В результате рисунок. Простейший гальванический элемент. рисунок. Направление тока в гальваническом элементе. химического воздействия электролита на электроды элемента на последних появятся противоположные электрические заряды, причем цинковая пластинка окажется заряженной отрицательно [поэтому она и обозначена на рисунок 1 знаком (—)], а угольная — положительно [обозначена знаком (+)].

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (E_ex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна:

, где dl — элемент длины контура.

ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю.

Билет 33

Водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразный водород (обычно используют платину или палладий), насыщенную водородом (при атмосферном давлении) и погруженную в водный раствор, содержащий ионы водорода. Потенциал пластины зависит от концентрации ионов Н⁺ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При давлении водорода 1 атм., концентрации протонов в растворе 1 моль/л и температуре 298 К потенциал ВЭ принимают равным 0 В. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:

2Н⁺ + 2e⁻ = H₂

то есть, происходит либо восстановление водорода, либо его окисление — это зависит от потенциала реакции, протекающей на определяемом электроде. Измеряя ЭДС гальванического электрода при стандартных условиях (см. выше) определяют стандартный электродный потенциал определяемой химической реакции.

ВЭ применяют для измерения стандартного электродного потенциала электрохимической реакции, для измерения концентрации (активности) водородных ионов, а также любых других ионов. Применяют ВЭ так же для определения произведения растворимости, для определения констант скорости некоторых электрохимических реакций.

Стандартный электродный потенциал — это потенциал металла, определенный относительно стандартного (нормального) водородного электрода, при условии, что концентрация ионов водорода Н⁺ и ионов испытуемого металла Meⁿ⁺ равны 1 моль-ион/л при стандартных условиях (298К, 101кП). Ряд стандартных электродных потенциалов служит для сравнительной характеристики свойств атомов и ионов металлов в растворе.

Билет 35

Концентрационный элемент – это гальванический элемент, состоящий из двух одинаковых металлических электродов, опущенных в растворысоли этого металла с различными активностями (концентрациями) а1 > а2. Катодом в этом случае будет являться электрод с большей концентрацией.

Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар.

НEРНСТА УРАВНЕНИЕ, описывает зависимость равновесного потенциала электрода от термодинамич. активности (концентрации) потенциал-определяющих компонентов р-ра электролита

Вывод уравнения Нернста

,

где

§ — электродный потенциал, E ⁰ — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;

§ — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

§ — абсолютная температура;

§ — число Фарадея, равное 96485,35 Кл/моль;

§ — число мольэлектронов, участвующих в процессе;

§ и — активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции.

Если в формулу Нернста подставить числовые значения констант R и F и перейти от натуральных логарифмов к десятичным, то при T = 298K получим

Билет 36

Характер протекания электродных процессов при электролизе зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются состав электролита, материал электродов и режим электролиза (температура, плотность тока и т.д.).

Поиск по сайту: