рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Основы электрохимии

Работа сделанна в 1996 году

Основы электрохимии - Методические Указания, раздел Химия, - 1996 год - Выполнение лабораторных работ по химии в вузах Основы Электрохимии. Цель Работы - Овладеть Методикой Измерения Эдс И Напряже...

Основы электрохимии. Цель работы - овладеть методикой измерения ЭДС и напряжения гальванических элементов изучение условий возникновения коррозионных микроэлементов.

Введение.

Электрохимия изучает окислительно-восстановительные процессы, сопровождающие возникновение электрического тока, либо происходящие под действием постоянного электрического тока. Если погрузить металл в раствор его соли или, воду, то ионы металла из поверхностного слоя взаимодействуют о полярными молекулами воды и переходят в гидратированном виде в раствор. Устанавливается равновесие Между металлом и раствором возникает разность потенциалов которую называют электродным потенциалом металла Для характеристики значения электродного - потенциала используются относительные величины, измененные по отношению к стандартному электроду водородному, потенциал которого условно принимают за 0. По возрастанию величины стандартного электродного потенциала металлы и водород расположены в ряд напряжений ряд активностей, который характеризует химическую активность металлов и их ионов. Чем меньше величина электродного потенциала, тем легче его атомы отдают электроны, т.е. проявляют большую восстановительную активность и тем труднее его ионы присоединяют электроны, т.е. проявляют меньшую окислительную активность.

Восстановительные свойства металлов и окислительные свойства их ионов изменяются следующим образом увеличение восстановительной способности металлов увеличение окислительной способности ионов Металлы с более отрицательными потенциалами более сильные восстановители вытесняют металлы с более положительными потенциалами из растворов их солей.

Чем дальше расположен металл в ряду напряжении, тем более сильными окислителями являются его ионы, тем легче их восстановить.

Гальваническим элементом называется любое устройство, дающее возможность получить электрический ток за счет проведения окислительно-восстановительной химической реакции.

Гальванический элемент состоит из двух электродов, соединенных внешней и внутренней цепью. При работе гальванического элемента роль анода выполняет обычно расположенный в ряду напряжений левее катода - металл, расположенный правее. Если в гальваническом элементе протекает суммарная электродная реакция то ЭДС ЕЭ этого элемента описывается уравнением - стандартны ЭДС активности реагирующих веществ и продуктов реакции.

Например, для реакции Рассмотрим цинково-никелевый гальванический элемент, анодом является, катодом. Схематически гальванические элементы записываются следующим образом Более активный электрод указывается слева граница между электродом и раствором обозначается одной вертикальной чертой, а между растворами - двумя. В рассматриваемом гальваническом элементе на электродах протекают следующие реакции окисление восстановление Стандартную ЭДС гальванического элемента, можно рассчитать по известным значениям стандартной энергии Гиббса реакции где n - заряд иона металла, F - число Фарадея, равное 35500 Кл либо по разности стандартных равновесных потенциалов электродов.

Потенциалы металлических электродов. При погружении металла в раствор собственных ионов устанавливается равновесие При равновесии скорость растворения металла равна скорости разряда его ионов.

Потенциал, устанавливающийся на электроде при равновесии, называется равновесным потенциалом электрода. Для измерения его нужен гальванический элемент. Пусть такой гальванический элемент состоит из водородного электрода и металла Токообразующей в этом элементе будет реакция ЭДС такого элемента в соответствии о уравнением 1.1 равна ЭДС измеренного элемента равна потенциалу электрода по водородной шкале, так как по условию, и . где активность ионов металла. Уравнение 1.4 называется уравнением Нерста по имени ученого, его предложившего.

Переходя м натуральных логарифмов к десятичным, получаем Подставляя в уравнение Т 298 и соответствующие значения R и F,приходим к выражению Для разбавленных растворов, где активности мало отличаются от концентраций а с, уравнение 1.6 имеет вид Величина - называется стандартным потенциалом металлического электрода, в растворе собственных солей ионов с активностью последних, равной 1. Коррозия металлов. Коррозией называется окислительно-восстановительный процесс самопроизвольного разрушения металлов, происходящий вследствие физического взаимодействия их с окружающей средой.

По механизму действия коррозию подразделяют на химическую и электрохимическую. Химическая коррозия - разрушение металлов в результате прохождения химической реакции. Электрохимическая коррозия - разрушение металла в результате работы микрогальванических пар. Неоднородность гетерогенность состава, поверхности металла или окружающей его среды приводит к возникновению в металле участков с различными электродными потенциалами, образуется многоэлектродный гальванический элемент.

Участок с меньшей величиной электродного потенциала будет анодом, на нем происходит процесс окисления, т.е. отдача электронов и разрушение коррозия металлов Участок с большей величиной электродного потенциала будет катодом, на нем происходит процесс восстановления, т.е. присоединение - электронов коррозии не подвергается. Так, в нейтральной среде В кислой среде Чтобы предохранить металлы от разрушения применяются различные способы защиты катодная защита - защищаемый металл подключают к отрицательному полюсу внешнего источника тока, протекторная защита, анодные покрытия.

Сущность протекторной защиты состоит в том, что к защищаемому металлу присоединяют другой металл протектор с меньшей величиной электродного потенциала. Например, железо соединяют с цинком. В образующейся гальванической паре защищаемый металл железо является катодом и не будет подвергаться коррозии.

Для защиты от коррозии используется покрытие из пленки металла, нанесенное на поверхность защищаемого металла. Для покрытия выбирается металл практически не коррозирующий в тех же условиях и др Если покрытие изготовлено из металла, имеющего меньшее значение электродного потенциала, чем защищаемый металл, то такое покрытие называется анодным. При нарушении целостности такого покрытия образуется гальванопара, в которой анодом является металл покрытия, и он будет разрушаться, предохраняя основной металл.

Например А - окисление. К - восстановление. Катодным называется покрытие из металла с большим электродным потенциалом, защищаемый металл. При нарушении целостности такого покрытия образуется гальванопара, в которой металл покрытия является катодом, а анодом - основной металл. Например А - окисление. К - восстановление. Железо разрушается. Экспериментальная часть. Опыт 1 Вытеснение свинца цинком из раствора соли свинца. Кусочек цинка обвяжите ниткой опустите цинк в раствор ацетата свинца.

Оставьте раствор стоять спокойно и наблюдайте происходящее. Составьте уравнение реакции. Опыт 2. Гальванический элемент с медным и цинковым электродами. Собрать схему, состоящую из металлических пластинок Zn и Cu, батарейных стаканов с растворами и, гальванометра, U-образной трубки. Соединить металлические пластинки и гальванометр проводниками. Наблюдать отклонение стрелки гальванометра. Чем обусловлено возникновение электрического тока? Выписать из таблицы см. приложение числовые значения электродных потенциалов и указать направление перехода электронов.

Написать уравнения химических реакций, протекающих на электродах элемента, и суммарное уравнение химической реакции. Вычислить электродвижущую силу гальванического элемента. Привести соотношение, выражающее связь ЭДС гальванического элемента с изменением изобарно-изотермического потенциала. Вычислить. Вычислить ЭДС медно-цинкового гальванического элемента, зная, что концентрация ионов Сu в растворе равна 1г-ион л, а концентрация ионов цинка - 0,01г-ион л. Указать в каком направлении перемещаются электроны во внешней цепи гальванических элементов, Привести уравнения электродных реакций, суммарное уравнение химической реакции и вычислить ЭДС, пользуясь величинами электродных потенциалов концентрации ионов металлов во всех случаях считать равными 1г-ион л. Опыт 3.Электрохимическая коррозия. а Влияние образования гальванических пар на течение химических процессов. Взаимодействие цинка с серной кислотой в отсутствии и присутствии меди. Внести в пробирку 5-6 капель 2Н и кусочек чистого цинка.

Наблюдается ли выделение водорода? Коснуться медной проволочкой кусочка в пробирке.

Как изменится интенсивность выделения водорода и на каком металле он выделяется? Отнять медную проволочку от цинка и убедиться, что интенсивность выделения водорода изменяется. Как влияет контакт цинка с медью на коррозию растворение цинка? Составьте схему образующейся гальванической пары, уравнение электродных реакций и суммарное уравнение реакции. б Электрохимическая катодная защита от коррозии.

Налейте в электролизер З с несколькими каплями. Анод графитовый, катод железный. Включите источник питания. Для сравнения опустите в раствор того же электролита железную пластинку. Отметьте появление синего окрашивания. Чем это объясняется? В каком случае коррозия развивается интенсивно? Составьте уравнения происходящих процессов. Чем объясняется различие скоростей коррозии в первом и втором случаях? Контрольные вопросы и задачи. 1. Какой потенциал называется стандартным потенциалом? 2. От каких факторов зависит величина электродного потенциала? 3. Какие из приведенных реакций возможны 1 3 2 4 4. Чем объяснить, что медь обычно не вытесняет водород иэ кислот? 5. Что называется коррозией металлов? 6. Кратко сформулируйте отличие электрохимической защиты от химической. 7. Чем вызвана электрохимическая неоднородность поверхности металла? 8. Каковы причины возникновения микрогальванопар? 9. Какие существуют методы зашиты от коррозии? 10. Что такое анодные и катодные защитные покрытия? 11. В чем заключается сущность катодной защиты металлов? 12. Что такое протекторная защита металлов? РАБОТА 12. Электролиз. Цель работы - ознакомление с процессами, протекающими на растворимых и нерастворимых электродах при электролизе водных растворов электролитов.

Электролиз - это окислительно-восстановительный процесс, происходящий в растворах или расплавах электролитов под действием постоянного электрического тока. При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую.

Окислительно-восстановительные реакции происходят на электродах, соединенных с полюсами источника тока. Электрод, соединенный с отрицательным полюсом, является катодом, на нем идет процесс восстановления электрод, соединенный с положительным полюсом, является анодом, на нем идет процесс окисления. На катоде в первую очередь идет процесс, характеризующийся наиболее положительным стандартным потенциалом, т.е. в первую очередь реагируют сильные окислители.

При электролизе водных растворов солей, гидроксидов на катоде может восстанавливаться катион металла или вода. Восстановление воды идет в зависимости от характера среды по уравнениям На аноде в первую очередь происходит тот окислительный процесс, который характеризуется наиболее отрицательным стандартным потенциалом.

Однако, установлено, что при электролизе водных растворов электролитов на аноде сначала окисляется простой анион, не содержащий атома кислорода S2 Cl I- и т.д Если, анион содержит кислород и т.д то на аноде будет, окисляться вода уравнениям электроды нерастворимые Некоторые электроды при электролизе не растворяются из-за положительного значения их равновесного потенциала или образования на их поверхности защитных пленок. Примерами таких анодов могут быть платиновые металлы, графит, титан и тантал.

В этом случае происходит электролиз с нерастворимыми анодами.

Примеры 1. Электролиз расплава. Щелочь в расплаве диссоциирует 2.Электролиз раствора. Соль диссоциирует в растворе 3.Электролиз раствора. Соль диссоциирует в растворе 4.Электролиз раствора сульфата меди - с медным анодом. В этом случае на катоде протекают те же процессы, что и при нерастворимом аноде пример 2 . В анодном процессе могут подвергаться окислению как сам медный анод, вода, ионы по схеме Окисление воды и ионов более энергоемкие чем окисление медного анода, поэтому при электролизе окисляется практически только медный анод. Соль диссоциирует в растворе Таким образом, электролиз сульфата меди при медном аноде сводится к выделению свободной меди на катоде и постепенному растворению анода.

Концентрация сульфата меди в растворе в результате этого сохраняется постоянной. При определенных условиях в процессе электролиза на аноде, подобно меди, ведут себя и некоторые металлы, например золото, серебро, цинк, кадмий, никель, железо и др. Аноды, приготовленные из металла, превращающегося при электролизе в катионы получили название растворимых анодов.

Если потенциалы двух или нескольких электродных реакций равны, то реакции протекают на электродах одновременно. При этом прошедшее чрез электрод электричество расходуется на все эти реакции. Доля количества электричества, расходуемая на превращение одного из веществ, называется выходом по току этого вещества, где - количество электричества, израсходованное на превращение i вещества общее количество электричества, прошедшего через раствор.

Теоретическое соотношение между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, окисленного или восстановленного на электроде, определяется законом Фарадея, согласно которому при прохождении через электрод одного Фарадея электричества F 96500Кл 26,8 на нем окисляется или восстанавливается 1 моль эквивалентов вещества. Экспериментальная часть. ОПЫТ 1. Электролиз раствора 0,5Н или с нерастворимым и растворимым анодами. Налейте в электролизер раствор соли меди и опустите в него графитовые электроды. Присоедините электроды к источнику постоянного тока и включите ток. Наблюдайте на катоде появление красного налета меди, а в анодном пространстве пузырьки газа. Выключите ток и добавьте в анодное пространство несколько капель лакмуса.

Объясните окрашивание лакмуса. Напишите уравнение катодного и анодного процессов. Поменяйте электроды и включите ток. Наблюдайте исчезновение налета меди на графитовом электроде представляющем анод и появление его на катоде.

Напишите уравнение происходящих процессов. ОПЫТ 2. Электролиз иодида калия. В электролизер налить раствор иодида калия и добавить по 5-6 капель фенолфталеина в катодное пространство и раствора крахмала в анодное пространство. Опустить графитовые электроды и включить ток. Отметить изменение цвета раствора в катодном и анодном пространстве. Написать уравнения катодного и анодного процессов. Рассчитайте, какую величину должно превышать напряжение источника тока, чтобы мог начаться электролиз? ОПЫТ 3. Электролиз сульфата натрия.

В электролизер налить раствор сульфата натрия и несколько капель нейтрального раствора лакмуса. Опустить графитовые электроды и включить ток. Наблюдать на обоих электродах выделение газа и изменение окраски в обоих коленах электролизера. Объяснить окрашивание лакмуса в катодном и анодном пространстве. Напишите уравнение катодного и анодного процессов, протекающих на электродах при электролизе водного раствора. Контрольные вопросы и задачи. 1. Что называется электролизом? 2. Какова последовательность электродных процессов на катоде и аноде? 3. Чем отличаются процессы при электролизе с растворимыми и нерастворимыми анодами? 4. В воде растворены соли алюминия, цинка и меди с активностью катионов 1моль л рН раствора 3. Укажите последовательность реакций на катоде. 5. Что такое выход по току и от каких факторов он зависит? 6. Рассмотрите электродные процессы на примерах электролиза водного раствора сульфата меди а с медным б с нерастворимым анодом и электролиза раствора сульфата цинка а с цинковым б с нерастворимым анодом. 7. Сколько времени нужно пропускать ток в ЗА через раствор, чтобы на катоде выделилось 1,0г серебра? Ответ-5мин. 8. Какие процессы окисления-восстановления протекают на аноде, катоде при электролизе водных растворов если анод угольный? Работа 13.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Выполнение лабораторных работ по химии в вузах

Для выполнения лабораторных работ студенту необходимо ознакомиться с лабораторным оборудованием, измерительными приборами, а также с техникой… Перед каждым лабораторным занятием студент должен изучить соответствующий… При проведении эксперимента необходимо соблюдать следующие правила - работайте тщательно, аккуратно, без излишней…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Основы электрохимии

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Лабораторное оборудование
Лабораторное оборудование. Мерная химическая посуда. Мерной называют посуду, применяемую для измерения объемов жидкостей. К ней относятся цилиндры, бюретки, пипетки, мерные колбы.

Количество и концентрация вещества
Количество и концентрация вещества. В международной системе единиц СИ за единицу количества вещества принят моль. Моль - это количество вещества, содержащее столько структурных единиц молекул, атом

Общие указания по выполнению лабораторных работ
Общие указания по выполнению лабораторных работ. Подготовка к выполнению лабораторной работы заключается в изучении теоретической части работы по рекомендованной литературе и по конспектам лекций.

Ознакомление с некоторыми операциями лабораторной практики и измерительными приборами
Ознакомление с некоторыми операциями лабораторной практики и измерительными приборами. Цель работы - ознакомление студентов с взвешиванием, измерением объемов жидкостей, титрованием и др а также с

Классы неорганических соединений
Классы неорганических соединений. Введение. Проведение лабораторного занятия по данной теме диктуется необходимостью обобщения сведений по классам неорганических веществ, углубление изученного в ср

Кинетика химических реакций
Кинетика химических реакций. Цель работы - изучение скорости химической реакции и ее зависимости от различных факторов природы реагирующих веществ, концентрации, температуры. Учение о скорос

Химическое и адсорбционное равновесие
Химическое и адсорбционное равновесие. Цель работы - изучение влияния различных факторов на химическое равновесие, изучение зависимости величины адсорбции от равновесной концентрации адсорбата.

Концентрация растворов
Концентрация растворов. Цель работы - приобретение навыков приготовления растворов различной концентрации из сухой соли или более концентрированного раствора. Приведем несколько примеров рас

Свойство водных растворов электролитов
Свойство водных растворов электролитов. Цель работы ознакомится с электропроводностью растворов, ионными равновесиями в растворах электролитов. Согласно теории электролитической диссоциации электро

Общие химические свойства металлов
Общие химические свойства металлов. Цель работы - изучение химических свойств металлов. Металлы - вещества, отличительной особенностью которых в конденсированном состоянии является наличие с

Свойства d-элементов
Свойства d-элементов. го периода. Цель работы - изучение химических свойств некоторых переходных металлов и их соединений. Металлы побочных подгрупп, так называемые переходные элементы относ

Определение жесткости и умягчение воды
Определение жесткости и умягчение воды. Цель работы - проведение анализа воды на жесткость и умягчение воды. Жесткость - один из технологических показателей, принятых для характеристики состава и к

Свойства элементов подгруппы VIВ и VIIВ
Свойства элементов подгруппы VIВ и VIIВ. Цель работы изучение химических свойств элементов подгруппы хрома и марганца. Хром, молибден и вольфрам составляют VIB группу периодической системы. В невоз

Свойства элементов подгруппы VIIIB
Свойства элементов подгруппы VIIIB. Цель работы изучение химических свойств железа, кобальта, никеля. Первую триаду VIIIВ группы периодической системы, состоящую из Fе, Со, Ni, очень часто называют

Свойства элементов подгруппы IVA
Свойства элементов подгруппы IVA. Цель работы изучение химических свойств элементов углерода и кремния и элементов олова и свинца. Углерод и кремний - элементы IVA группы периодической систе

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги