КАТЕГОРИИ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) П Архитектура- (3434) Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Война- (14632) Високи технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) 1065) House- (47672) Журналистика и масови медии- (912) Изобретения- (14524) Чужди езици- (4268) Компютри- (17799) Изкуство- (1338) История- (13644) Компютри- (11121 ) Художествена литература (373) Култура- (8427) Лингвистика- (374 ) Медицина- (12668 ) Naukovedenie- (506) Образование- (11852) Защита на труда- ( 3308) Педагогика- (5571) P Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Олимпиада- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Инструменти- ( 1369) Програмиране- (2801) Производство- (97182) Промишленост- (8706) Психология- (18388) Земеделие- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строителство- (4793) Търговия- (5050) Транспорт- (2929) Туризъм- (1568) Физика- (3942) ) Химия- (22929 ) Екология- (12095) Икономика- (9961) Електроника- (8441) Електротехника- (4623) Енергетика- (12629 )

Галванична клетка




Ако потапяме цинковата плоча в разтвора на медния сулфат, реакцията ще настъпи

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu.

В резултат на реакцията ще се освободи топлина ( Q ). Това означава, че химическата енергия влиза в топлина. Можете да конвертирате химическата енергия в електрическа енергия.

Галваничната клетка е устройство, в което химическата енергия на редукционната реакция се превръща в електрическа енергия .

Основната разлика в електрохимичните реакции, възникващи в галваничната клетка от реакциите на редокс, е пространственото разделяне на процесите на окисление и редукция.

Най-често срещана е галванична клетка, състояща се от два взаимосвързани електрода , които са метални пластини, потопени в електролитен разтвор (разтвори или стопилки на соли със същия йон).

Помислете за действието на галванична клетка Даниел - Якоби (Фигура 9.5.1), състояща се от два електрода - цинкова пластина, потопена в разтвор на цинков сулфат и медна плоча, потопена в разтвор на меден сулфат. И двата разтвора са в контакт един с друг, но за да се предотврати смесването, те са разделени чрез преграда от порест материал.

При отворена верига в тази галванична клетка се установява равновесие между цинковия електрод и разтвора на цинков сулфат, както и между медния електрод и разтвора на медния сулфат. Когато външната верига е затворена, електроните се преместват от електрод с по-нисък потенциал (цинк) към електрод с по-висок потенциал (мед).

На цинковия електрод протича окислителна реакция и йоните влизат в разтвора. Освободените електрони се движат по външна верига на меден електрод. Целият набор от тези процеси е представен схематично от уравнението на първата половина на реакцията.

Zn - 2 e - = Zn 2+ .

Възстановяването на медни йони се получава на медния електрод: електрони, които са се преместили от цинков електрод към него, се комбинират с медни йони в разтвор; се формират медни атоми, които се освобождават в елементарна форма върху метална плоча. Съответната реакция от втората половина е

Cu 2+ + 2 е - = Cu 0 .

Общото уравнение на реакцията, което се случва в елемента, се получава чрез добавяне на уравненията на двете половини реакции

Cu 2+ + 2 е - + Zn 0-2 e - = Zn 2+ + Cu 0 .

Посоката на движение на йоните в разтвора се дължи на електрохимичните процеси, протичащи при електродите. Както бе споменато по-горе, катиони (позитивно заредени йони) в цинков електрод влизат в разтвор, създавайки излишък от положителен заряд в него, докато в меден електрод, напротив, разтворът се изчерпва в катиони и се отрицателно зарежда. В резултат на това се създава електрическо поле, в което катионите (Zn 2+ и Cu 2+ ) се преместват от цинковия електрод към медния и анионите - SO4 2- в обратната посока. В резултат течността и при двата електрода остава неутрална.



Причината за възникването и потока на електрически ток в галваничната клетка е разликата в потенциала на електрода - електромоторна сила (ЕМП). Емф на всяка галванична клетка е равна на потенциалната разлика на двата си електрода (катод и анод):

EMF = E до - E и > 0 (9.5.1)

където Е k е потенциала на електрода на катода; E и - потенциала на електрода на анода. EMF на всяка работна галванична клетка е положителна стойност.

Анодът е електродът, на който се осъществява процесът на електронно отдръпване (окисление); в галваничната клетка, анодът е отрицателно зареден. Катодът е електродът, върху който се осъществява процесът на свързване с електрони (възстановяване); в галванична клетка, катодът е положително зареден.

Потенциалът на катода е по-голям от потенциала на анода, съответно в медно-цинковия елемент, цинковият електрод е анодът и медният електрод е катодът.

За елемента Даниел - Якоби при стандартни условия и с [Zn 2+ ] = [Cu 2+ ] = 1 mol / l

следователно emf = V.

Намира се в електрическата схема на галваничната клетка

(-) Zn | Zn 2+ || Cu 2+ | Cu (+)

или

(-) Zn | ZnS04 || CuSO4 | Cu (+).

Анодът се записва отляво, а катодът отдясно. Една вертикална лента представлява фазовата секция между метала и разтвора на електролита. Двойна вертикална линия разделя анодното пространство от катодната. В скоби знаците "плюс" и "минус" обозначават полюсите на електродите.

Концентрационната галванична клетка е метална галванична клетка, съставена от два идентични електрода, потопени в разтвори на техните соли с различни концентрации. Например, сребърно покритие елемент

(-) Ag | AgN03 (0.001 М) || AgNO 3 (0,1 М) Ag (+).

Тук левият електрод с по-ниска концентрация е анодът, а десният - с по-голяма концентрация - катодът.

В някои случаи металът на електрода не претърпява промени по време на процеса на електрода, а участва само в трансфера на електрони от редуцираната форма на веществото в неговата оксидирана форма. Така че, в галваничната клетка

(-) Pt | Fe + 2 , Fe +3 || MnO4-, Mn + 2 , Н + | Pt (+)

платината играе ролята на инертни електроди. Желязото (II) се окислява на платинения анод:

Fe + 2 = Fe +3 + e- ,

и манган (VII) се редуцира върху платинения катод:

МН 4 - + 8Н + + - Мп + 2 + 4Н 2О.

Умножавайки първото от тези уравнения с пет и добавяйки към второто, получаваме общото уравнение за реакцията:

5Fe + 2 + MnO 4 - + 8Н + = 5Fe +3 + Мп + 2 + 4Н 2О.

Съгласно уравнение 9.3.3. е възможно да се изчислят потенциалите на електрода и, съответно, emf на получената галванична клетка.