Экзамен ПМ12-21 (Теория)

ШПОРА ПО ХИМИИ ~ 139102. 37. Противоположность процессов при работе гальванического элемента и при электролизе. Явление поляризации и перенапряжения. Гальванический элемент - устройство, в котором энергия химической реакции переходит в электрическую. Отрицательный электрод в ГЭ - анод, а положительный - катод. Ток вызывается разностью потенциалов. ЭДС = сумме отдельных скачков потенциалов на всех участках цепи. Электролиз - процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного тока через раствор или расплав электролита.

Качественно характеризуется законами Фарадея. При электролизе принято: Анод - положительный, катод - отрицательный в силу противоположности процессов. На аноде всегда проходят процессы окисления, на катоде - восстановления. Поляризация - отклонениепотенциала электрода от его стационарного (равновесного) значения. Бывает концентрационной (за счет замедленности стадий доставки ионов к электроду. Устраняется перемешиванием) и химической (за счет замедленности стадий разряда иона). Частный случай химической поляризации - газовая поляризация. Газы адсорбируют на поверхности электрода и меняют его потенциал.

Перенапряжение определяется величиной поляризации, необходимой для разряда данного иона. η = a + b lg j - формула Тафеля (справедлива при небольших j ), где j - плотность тока, a и b - const, свойственные данному электроду. Зная величину η для H можно регулировать режим электролиза, что позволит выделять из водных растворов такие Ме, как Fe, Ni, Zn. ШПОРА ПО ХИМИИ ~ 139102. 38. Электролиз. Потенциал разложения.

Перенапряжение. Вторичные процессы при электролизе. Электролиз - процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного тока через раствор или расплав электролита. Качественно характеризуется законами Фарадея. При электролизе принято: Анод - положительный, катод - отрицательный. Потенциал разложения - минимально необходимая разность потенциалов, при которой начинается электролиз данного соединения.

Она равна ЭДС элемента, построенного на продуктах электролиза. Потенциал разложения также связан с ТД-функциями, т.к разложить вещ-во можно только затратив такое же кол-во энергии, что выделилось при его образовании. Перенапряжение определяется величиной поляризации, необходимой для разряда данного иона. η = a + b lg j - формула Тафеля (справедлива при небольших j ), где j - плотность тока, a и b - const, свойственные данному электроду. Зная величину η для H можно регулировать режим электролиза, что позволит выделять из водных растворов такие Ме, как Fe, Zn.

Вторичные процессы при электролизе возникают в силу следующих причин: изменение среды при электролизе (1), изменение электродов при разрядке ионов (2), взаимодействие продуктов между собой (3). 1) Рассмотрим пример электролиза Na2SO4. + − + 2− − K : 2ē+2 Na + + SO2− 4 +2 H +2 OH →2 Na + SO 4 + 2OH + H 2 ↑ + − + 2− + A : −2ē+ 2 Na + + SO 2− 4 +2 H +2 OH →2 Na + SO 4 +2 H + H 2 O+ 1 O ↑ 2 2 Коэффициент выхода по току равен 0, т.к вместо Na мы получили водород, а разложению электролизом подвергается вода, являющаяся средой (растворителем).

+ − 0 2− + − 2) K : 2ē+ Ni 2+ + SO 2− 4 + 2 H +2OH → Ni + SO4 + 2 H +2OH + − 2+ 2− + A : −2ē+ Ni 2 + + SO 2− 4 +2 H +2 OH → Ni +SO 4 +2 H + O Никелевый анод окисляется и переходит в раствор, соединяясь с серной кислотой, находящейся в избытке у анода. При внимательном наблюдении можно заметнть, что поверхность никеля в начале процесса делается черной (оксидный слой).

3) Рассмотрим электролиз NaCl для получения NaOH и Cl2. Электролиз осуществляется через стенку из пористого бетона, которая препятствует диффузии растворов из катодной зоны в анодную. + − + − + − − K : 2ē+2 Na +2 Cl +2 H + 2OH →2 Na +2Cl +2OH +H 2 ↑ A : −2ē+2 Na+ +2Cl− +2 H + +2 OH − →2 Na + +2 OH − +2 H + +Cl−2 ↑ Ионы Cl через бетонную стенку проходят а анодную зону, а катионы Na - в катодную зону. Однако более 12 вес.% NaOH получить не удается, т.к начинается заметная диффузия ионов ОН и выход по току падает. ШПОРА ПО ХИМИИ ~ 139102. 44. Дисперсные системы: суспензии, эмульсии, дымы, туманы.

Устойчивость дисперсных систем. Коллоидные растворы. Коагуляция и седиментация. Электрофорез. Оптические св-ва растворов. ДС представляют собой результат распределения однородного вещества в состоянии тонкого дробления (измельчения) - дисперсоид - в другом, представляющем собой непрерывную фазу, - дисперсионная среда.

Примерами дисперсных систем являются дымы, туманы, эмульсии или суспензии, а также коллоидные растворы. ДС являются микрогетерогенными, так как частички дисперсоида можно наблюдать оптическими методами. По степени дисперсности, определяемой величиной обратного диаметра частиц (D = 1/d), дисперсные системы разделяются на высокодисперсные - коллоидные растворы (размер частиц до 2000 А или 2e(-7) м, а степень дисперсности 1е7 - 1е9) или грубодисперсные (размер частиц > 1e(-7) м и степень дисперсности < 1е7).

Устойчивость ДС определяется величиной и свойствами удельной поверхности дисперсоида. Коллоидный раствор, или золь, - высокодисперсионная система из отдельных сложных частиц дисперсоида - мицелл и жидкой дисперсионной среды. Мицеллы неоднородны. Если в состав мицелл входят молекулы среды - то раствор лиофильный и обладает большой устойчивостью ELSE - лиофобный. Изменение потенциала коллоидной частицы приводит к слипанию частиц между собой, что снижает степень дисперсности и устойчивость. Этот процесс называется коагуляцией.

Если коагуляция продолжается, то раствор мутнеет и укрупнившиеся хлопья дисперсоида начинают осаждаться. Этот процесс называется седиментацией. В электрическом поле коллоидная мицелла подвергается изменению, т.к частица должна двигаться в одном направлении, а противоионы - в другом. Этот процесс, отделяющий заряженные частицы от противоионов мицелл называется электрофорезом. В коллоидных растворах мицеллы настолько малы, что раствор кажется абсолютно прозрачным. Однако в отраженном свете раствор слегка опалесциирует, что можно заметить опытным глазом. При боковом освещении КР сфокусированным лучом луч виден так же, как в запыленном помещении видны лучи света, падающие из окон. ШПОРА ПО ХИМИИ ~ 139102.

45. Обзор общих свойств металлов и их расположение в таблице Менделеева. Деление металлов на S-, p-, d-, f-металлы в зависимости от строения электронных оболочек атомов. Общие химические свойства Ме можно определить следуюм образом: 1) малая электроотрицательность как следствие низких потенциалов ионизации и малого, чаще всего отрицалельного, сродства к электрону; 2) образуют только положительные элементарные ионы, отдавая электроны; 3) в сложных ионах или полярных молекулах атомы металлов всегда образуют положительные центры. Свойствами металлов обладает большинство элементов, входящих в периодическую систему Менделеева (80/104). Элементы с Ме свойствами могут относиться к различным типам элементов, достраивающим свои подуровни или орбитали: к s, p, d, f-элементам.

В зависимости от того, какой именно подуровень у атома металла заполняется электронами, проявляются и общие хим св-ва. Металлы расположены внизу слева. ШПОРА ПО ХИМИИ ~ 139102. 46. S-металлы IA группы. Получение, свойства, главные соединения. Оксиды, пероксиды. Применение. Получение этих металлов возможно только электролизом преимущественно расплавленных солей, так как они почти все активно реагируют с водой, образуя растворы гидроксидов - щелочи. Поэтому эти металлы получилы название щелочных.

Общая электронная формула - s'. Физические св-ва: очень мягкие, пластичные, легко режутся ножом. Химические св-ва: определяются строением их атомов и их энергетическими характеристиками. Электроны, легко отрываясь от атомов, делают щелочные металлы хорошими ионизаторами и плазмообразователями. При химических реакциях атомы щелочных металлов, легко теряя электроны, проявляют себя как сильнейшие восстановители. Оксиды. Образуются при непосредственном контакте Ме с кислородом воздуха. Кроме нормальных оксидов, щелочные металлы образуют пероксиды (перекиси). Эти соединения являются сильнейшими окислителями. Образование кислородных соединений идет следующим образом: 2 Na +O 2 →Na 2 O2 (горение ) 2 Na 2 O 2 → Na 2 O+ O2 ( нагревание ) ШПОРА ПО ХИМИИ ~ 139102.

40. Порядок разряда ионов. Химическая и концентрационная поляризация. В первую очередь разряжаются катионы менее активных металлов и наиболее простые анионы J, Br, Cl, S, CN, OH, SO4, PO4, PO4 Концентрационная поляризация возникает за счет изменения концентрации ионов в приповерхностном слое электрода, а это влияет на величину потенциала электрода согласно ур-ю Нернста: ε =ε 0 + 0 , 058 lg a n На поверзности анода или растворяющегося электрода концентрация ионов растет за счет его растворения => потенциал тоже возрастает, а на катоде приповерхностный слой обедняется ионами и потенциал падает. Химическая поляризация изменяет поверхность электрода за счет реакций со средой или электролитом при прохождении электрического тока.

Увеличение потенциала на аноде может привести к транспассивации в силу следующих причин: 1) Если Ме имеет переменные степени окисления, то достижение высших степеней приводит к образованию хорошо растворяющихся в воде оксидов. 2) В среде, содержащей ионы галогенов, на оксидированной поверхности Ме происходит разрядка ионов, например Cl, и оксидный слой разрушается. 3) Также в отдельных случаях может дейтвовать ион ОН, способствуя транспассивации: 2ОН - 2е = Н2О + О.