Электрохимические процессы

Э Л Е К Т Р О Х И М И Ч Е СК И Е П Р О Ц Е С С Ы

Э.х. процессами называются процессы взаимного

превращения электрической и химической энергий.

-

Электрохимическая ячейка

Э Л Е К Т Р О Д Н Ы Е П О Т Е Н Ц И А Л Ы

Что происходит на границе раздела при погружении Ме в раствор собственной соли?

Ме 1. из слоя Ме положительно заряженные

ионы Меⁿ⁺ переходят в раствор

Ме + mН₂О  Меⁿ⁺ (Н₂О)_m+ ne

2. в кристаллической решетке Ме

образуется избыток электронов и Ме

заряжается (-), а раствор – (+);

3. на границе образуется двойной

электрический слой (ДЭС);

- между Ме и раствором возникает скачок потенциалов, который

называется электродным потенциалом

(или потенциалом электрода) Е_Меⁿ⁺_/Ме

- устанавливается равновесие Ме + mН₂О  Меⁿ⁺ (Н₂О)_m+ne

(или проще Ме  Меⁿ⁺ + ne), которому соответствует

равновесный электродный потенциал: Е^р_Меⁿ⁺_/Ме

Величина Е_Меⁿ⁺_/Ме зависит от

- природы электрода;

- состава электролита;

- температуры

В качестве электрода сравнения применяют водородный электрод

Г А З О В Ы Е Э Л Е К Т Р О Д Ы

Водородный электрод

Н⁺_р-р / Н₂;Pt

1. Адсорбция Н₂ на Pt

2. Pt хороший катализатор реакции

H₂ Pt /Pt Н₂ → 2Н

3. окисление атомов водорода

2Н  2Н ⁺ + 2е

4. на границе Ме-раствор:

H⁺ потенциалопределяющая р-ция

2Н⁺ + 2е  Н₂ ; Е_Н+/Н2

H₂

Е⁰_Н+/Н2 = 0 В

Е⁰_Ox/Red

Индекс “Ox/Red” обозначает окисленная “Ox” и восстановленная “Red” формы вещества потенциалопределяющей реакции

Ox + ne  Red

Кислородный электрод

О₂,Pt / ОН^-_р-р

окисленная восстановленная

форма форма

потенциалопределяющая реакция: О₂ + 2Н₂О + 4е  4ОН^-

Е⁰_О2/ОН-= 0,401 В

Стандартные потенциалы Ме и водорода расположенные в порядке их возрастания, составляют электрохимический ряд напряжений или ряд стандартных электродных потенциалов.

Значения стандартных потенциалов, определенных по водородной шкале, приводятся в таблицах.

По водородной шкале: чем меньше потенциал, тем активнее металл, тем выше его способность посылать ионы в раствор и  тем сильнее Ме проявляет себя как восстановитель.

Равновесный электродный потенциал - потенциал, возникающий при равновесии потенциалопределяющей реакции

(в отсутствии тока в цепи)

при протекании электрического тока электродный потенциал отличается от равновесного

З А К О Н Ы Ф А Р А Д Е Я

Используют при выводе всех уравнений, описывающих электрохимические превращения веществ на границе раздела проводников 1-го и 2-го рода (электрода и ионного проводника соответственно).

1–й закон. Массы или количества превращенных веществ при

протекании постоянного тока пропорциональны

количеству прошедшего через электролит

электричества q

m = kq = kIτ

k – электрохимический эквивалент (k = M/nF);

q = Iτ - количество электричества [Ас] или [Кл];

I - сила тока, прошедшего через систему [А];

τ – время протекания процесса, [с] ;

2-й закон. При прохождении через различные электролиты

одного и того же количества электричества массы

веществ, участвующих в электродных реакциях,

пропорциональны молярным массам их эквивалентов.

m₍₁₎ / m₍₂₎ = M_Э(1) / М_Э(2)

m₍₁₎ / M_Э(1) = m₍₂₎ / M_Э(2)

_Э(1) мольэкв = _Э(2) мольэкв.

Объединенный закон:

- для массы вещества

- для объема газообразных

веществ

где F – число Фарадея (произведение элементарного

электрического заряда е на число Авогадро N_А)

М_Э – молярная масса эквивалента в-ва, [г/моль]

V_Э - объем моль-эквивалента газа [л/моль]

n - число электронов, участвующих в ОВП

Для Ox + ne  Red

Для металлического электрода

Mе_(р-р)ⁿ⁺ + ne  Mе_(к).

Активность твердой фазы принимают равной единице

или при Т = 298 К и, переходя к десятичному логарифму,

(ln = 2,3lg)

Для водородного электрода

2Н⁺ + 2е  Н₂

Т.к. , , Т = 298 К

Если 

Для кислородного электрода

О₂ + 4 + 2Н₂О 4ОН^–

Т.к. = 0,401 В, Т = 298 К, рН = 14 – рОН = 14 + lg а_ОН-

Если