1598085291-e9a6c4eef7863c3d04894ea4da133f9d (805567), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

англ. уч. М.Фарадей)Масса или количество вещества, претерпевшегопревращение на электроде при протекании постоянноготока, прямо пропорционально количеству прошедшегоэлектричества:m = kq= kэIτk – электрохимический эквивалент;q = It - количество электричества, Кл;I - сила тока, прошедшего через систему, А;t – время протекания процесса, с или час.;При прохождении через различные электролиты одного итого же количества электричества массы веществ,участвующих в электродных реакциях, пропорциональнымолярным массам их эквивалентов. ЭК   ЭАЭ(1) моль экв.= Э(2) моль экв.m(1)/m(2) = MЭ(1)/МЭ(2)m(1)/MЭ(1) = m(2)/MЭ(2)Число Фарадея - F=96484 Кл (Ас) - количество электричества, необходимоедля электрохимического превращения 1 моль эквивалента любого веществаF=96500 Кл (Ас).Для массы вещества:mM q MЭ  I tnFFМЭ – молярная масса эквивалента вещества, г/моль, ;n – число электронов, участвующее в процессе.Для объема газообразныхVVm  I  t VЭ  I  tnFFвеществ:VЭ – объем моль эквивалента газа, л/моль.Термодинамика электрохимических процессовПри контакте металла М с раствором собственной солиможет происходить переход ионов металла Мn+ через границу разделаметалл/раствор:а)б)Возникновение двойного электрического слоя на границе металл/растворЕсли с поверхности М положительно заряженные ионы Мn+ переходят враствор, на поверхности М образуется избыток электронов и М имеет заряд(-);- положительные ионы Мn+располагаются у поверхности М;- устанавливается равновесие М  Мn+(р) + ne ;- возникает своеобразный микроконденсатор –двойной электрический слой (ДЭС).Внутри ДЭС имеет место скачок потенциала Δφ (рис.а) .(Может быть обратный переход ионов Мn+на металл, и поверхность Мзаряжается положительно, а у поверхности располагаются противоионы.Скачок Δφ в ДЭС имеет противоположный знак (рис.б)).Разные электроды имеют различные величины скачка потенциала Δφ.е переходят от электрода с более отрицательным потенциалом к электроду сболее положительным.Абсолютное значение скачка Δφ в ДЭС измерить нельзя! (потому что нельзя измерить разность потенциалов между точками в разныхфазах)Можно измерить разность потенциалов между двумя электродами.

(Е = Δφ1 –Δφ2 . Методы измерения – ниже).Если потенциал одного из электродов принять равным нулю, получим значениепотенциала другого электрода относительно первого (так называемыйэлектродный потенциал).Определения и обозначения:- электродным потенциалом ЕМn+/М называется значение потенциалаэлектрода, измеренное относительно электрода сравнения, потенциалкоторого принимают равным 0; то есть разность потенциалов междуэлектродом сравнения и данным электродом;- равновесным потенциалом, Ер, называется потенциал электрода вравновесии с раствором (М  Мn+(р) + ne), то есть в отсутствиеэлектрического тока, при разомкнутой цепи;- стандартным потенциалом, Е0, называется равновесный электродныйпотенциал, если и металл, и раствор находятся в стандартных состояниях, тоесть давлении 1 атм и концентрации (активности) ионов 1 моль/л;- электродвижущей силой ЭДС, ЕЭ, гальванического элемента называетсяразность равновесных потенциалов катода и анода,ЕЭ= ЕрК - ЕрА ;- в случае водородной шкалы потенциалов за ноль принимают потенциалстандартного водородного электрода.В общем случае: если потенциал электрода определяетсяпотенциалопределяющей реакцией Ox + ne  Red,где индекс “Ox/Red” обозначает окисленную “Ox” и восстановленную “Red”формы вещества.ЕOx/RedОбозначение электродного потенциала:Водородный электрод: Н+ / Н2(Pt)Потенциалопределяющаяреакция:2Н+р + 2е  2Над Н2г ;при пропускании водорода черезраствор кислоты идет адсорбция Н2 наповерхности Pt/Pt и его атомизация.Стандартный водородный электрод:если система – в стандартном состоянии:рН2 = 1 (101кПа); аН+ =1моль/л (1н H2SO4) и Т = 298 КПотенциал такого электрода условнопринимают равным 0.Е0Н+/Н2 =0В0000 ECu2 / Cu  EН  / Н 2  ECu 2 / Cu0 EH0 / H 2  EZn0 2/ Zn   EZn0 2/ ZnСтандартная ЭДС ГЭ: E эСтандартная ЭДС ГЭ: E э=+0,337 В= 0,763 В0 EZn 2 / Zn = -0,763 В.Стандартная ЭДС Zn/Cu -ГЭ:E э0=00ECuE2 / CuZn 2 / Zn== 0,337 – (-0,763) = 1,1 В.ЭДС – максимально возможная разность потенциалов между катодом и анодом,всегда положительная.При протекании тока в ГЭ его напряжение всегда меньше ЭДС.Стандартные электродные потенциалы – табулированы.В таблице стандартных электродных потенциалов потенциалы расположены впорядке возрастания, что соответствует уменьшению восстановительной иповышению окислительной активности систем.Ряд металлов, расположенных в порядке возрастания их стандартныхпотенциалов Е0 называют рядом напряжения металлов.Чем меньше (более отрицательное) значение Е0, тем выше восстановительнаяспособность восстановленной формы (металла) и ниже окислительнаяспособность его ионов.Так, в ряду напряжений металл способен вытеснять, отдавая е, следующие заним в ряду металлы из растворов их солей.Стандартный потенциал Е0 частный случай равновесного Ерпри стандартном состоянии электрохимической системы.Величины ЕрOx/Red и ЭДС , ЕЭ, зависят от :природы электрода; состава электролита; температуры.Связь ЕOx/Red и ЕЭ с другими термодинамическими характеристиками-rG = Аполезн maxппппппggggggэлектр.-GТОР = А электр maxэлектр.С другой стороны, электрическая работа, совершаемая ГЭ при переносе заряда Qчерез разность потенциалов U:Аэлектрич = Q.UМаксимальная работа ГЭ при переносе n молей электронов:А электр max = nFEЭ ,где ЕЭ – ЭДС.GТОР = -nFEЭG0ТОР = -nFE0Э- основные уравнения, связывающие химические и электрическиехарактеристики.Для ТОР ГЭ аА(р) + bВ(т)  dD(р) + lL(г) изотермаВант Гоффа для конденсированных систем (растворов):a d D  р LlGТОР = G0 ТОР + RTln(: -nF) имеемaa Aуравнение Нернста для ЭДСG 0 RTaa AlnЕЭ = nFnF a d D  p l L ЕЭ = EЭ0RTaa Aln dnF a D  p l LЕ0ЭСвязь ЭДС с константой равновесия ТОРG0ТОР =-RTlnKa ≈ -RTlnKсnFEЭlnK ln KCaRTТемпературная зависимость ЭДСGТОР = Н - ТS = - nFEЭПредполагая независимость Н и S от температуры, имеем:dЕ ЭdG= -S = -nFdTdTdE ЭSnFdTdE Э Sтемпературный коэффициент ЭДС:dT = nFтепловой эффект ТОР: H  nFEЭ  nFTEЭS0dEЭdTS0S=0Вывод:измеряя ЕЭ иdЕ Э,определяют G, Н и S реакции в ГЭ.dTТЛЕКЦИЯ 19ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА (ХИТ)План лекции1.

Классификация химических источников тока. ПреимуществаХИТ. Основные характеристики ХИТ. Требования ксовременным ХИТ.2. Первичные источники тока - гальванические элементы.Примеры основных применяемых «батареек». Процессы наэлектродах.3. Аккумуляторы: свинцовые кислотные, никель-кадмиевые, литийионные. Процессы на электродах. Расчет ЭДС.4. Топливные элементы (ТЭ). Кислородно-водородный ТЭ. Процессы наэлектродах.

Расчет ЭДС. Классификация ТЭ. Электрохимическиеэнергоустановки.5. Выводы.Классификация ХИТХИТ подразделяются на:Первичные, или гальванические элементы – одноразового действия;работают, пока есть запас активных реагентов. Процессы на аноде и катоде –необратимые.Вторичные, или аккумуляторы – работают в режиме заряда-разряда.Выдерживают большое число циклов. При разряде работают как источниктока, при заряде – как электролизер. Процессы на электродах – обратимые.Топливные элементы – работают, пока подводятся реагенты (топливо иокислитель) к электродам.

Работают как источник тока. Реагенты хранятсявне ТЭ.ИСТОЧНИКИ ТОКАТопливныеэлементыгальваническиеэлементыАккумуляторыХИТ одноразовогодействияРаботает, пока естьзапас реагентовРаботают в режимезаряда-разрядаПри разряде –источник тока; призаряде электролизерРаботают, покаподводятсявещества кэлектродамПреимущества ХИТ :автономность - возможность использования в космосе и под водой,в переносных устройствах , медицине, на транспорте и т. п.;высокий КПД;бесшумность;относительная безвредность (экологичность).Основные характеристики ХИТЭДС ЕЭ – электродвижущая сила равна разности равновесныхпотенциалов катода и анода. ЕЭ = Ек- ЕаОпределяется термодинамикой процессов в ХИТ.Еэ = ΔG/nF ; Еэ0 = ΔG0/nF - основные формулыНапряжение U,(В) - всегда меньше ЭДС : U= ЕЭ - ∆E - I(R1+R2)При разряде напряжение элемента постепенно снижается.Чем меньше изменение напряжения, тем лучше элемент.Емкость элемента Q,(Кл, А.ч) – количество электричества, котороеХИТ отдает при разряде.

Зависит от массы запасенных реагентов в элементеи от степени их превращения. При увеличении I ↑ и снижении Т ↓снижается степень превращения и емкость ↓.Удельная емкость q,(А.ч/кг) – емкость, отнесенная к единице массы илиобъема элемента. Более высокую q можно получить в элементах с малой Мэ.Энергия элемента W,(Вт.ч) – равна произведению его емкости нанапряжение. W= Q. UУдельная энергия w,(Вт.ч/кг или м3) - энергия, отнесенная к единицемассы или объема элемента. Используется для сравнения элементов.Т.К.

Характеристики

Список файлов лекций