N —число электронов, участвующих в элементарной реакции,

T – температура в градусах Кельвина,

F – число Фарадея (заряд электронов количеством 1 моль,

96500 кл/моль),

С(Ox) и С(Red) – молярные концентрации окисленной (oxidation) и восстановленной (redaction) форм веществ, входящие в состав полуэлементов; x, y – соответствующие стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

 

При подстановке в данное уравнение Т = 298 К, F = 96500 Кл/моль и замене ln ® lg

получим следующее уравнение:

φ = φ⁰ +

Уравнение Нернста для металлического электрода имеет вид

 

φ = φ⁰ + . (6.3)

 

Величина электродного потенциала – это количественная характеристика окислительно-восстановительных свойств веществ.

Чем больше алгебраическая величина электродного потенциала, тем большими окислительными свойствами обладает окисленная форма и тем меньшими восстановительными – восстановленная форма вещества.

Согласно уравнению Нернста разность потенциалов двух полуэлементов может возникнуть также в тех случаях, когда они образованы одинаковыми металлами, но с различными концентрациями электролитов. Такие гальванические элементы называются концентрационными.

 

5 Элементы

Разработано много вариантов гальванических элементов, применяемых на практике; из них наиболее распространенным являются марганцево-цинковый

элемент, схема устройства которого показана на рисунке 9.3.

 

 

 

Рисунок 9.3 Схема марганцево-цинкового элемента

 

1 – анод (корпус, изготовленный из цинка);

2 – катод (диоксид марганца в смеси с графитовым порошком, для увеличения электропроводности);

3 – токоотвод из графита;

4 – электролит (паста из хлорида аммония в смеси с

загустителем (крахмал или др.).

 

Реакции на электродах:

 

Анод (–): Zn - 2e = Zn²⁺, далее: Zn²⁺ + 4NH₄⁺ = [Zn(NH₃)₄]²⁺ + 4H⁺,

 

Катод (+): MnO₂ + H⁺ + e^– = MnO(OH).

 

Реакции в растворе электролита:

 

[Zn(NH₃)₄]²⁺ + 2H⁺ + 4Сl^- = [Zn(NH₃)₄] Сl₂ + 2HСl.

 

Суммарное уравнение:

 

2Zn + 4MnO₂ + 4NH₄Cl = [Zn(NH₃)₄]Cl₂ +ZnCl₂ + 4MnO(OH).

 

ЭДС данного элемента имеет значение –

 

ЛЕКЦИЯ № 10

 

«ЭЛЕКТРОЛИЗ»

Если во внешнюю цепь гальванического элемента подключить источник постоянного тока с ЭДС превышающей электродвижущую силу соответствующего гальванического элемента, но с противоположной полярностью, то должна протекать обратная окислительно-восстановительная реакция. На практике ЭДС внешнего источника тока должна быть больше на величину перенапряжения.

Е_{электролиза} = Е_{гальван. элемента} + Е_{перенаприжения}.

 

Электролиз – окислительно-восстановительная реакция, протекающая в растворе или расплаве электролита под действием внешнего источника тока.

Электролиз широко используется для получение металлов (алюминий, щелочные и щелочноземельные металлы и другие); рафинирования (очистки) металлов; гальванопластики – получение точных металлических копий и гальваностегии – нанесение на поверхность металлических изделий слоев других металлов; электрохимической обработки поверхностей металлов и других процессов.