Гальваническими элементами называют устройства, в которых энергия окислительно-восстановительных реакций преобразуется непосредственно в электрическую. Оба электрода из одного металла, но растворы солей, в которые погружены электроды, разной концентрации. Поделиться Поиск по сайту. Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Следующая. Интересно знать Усиление отдельно стоящих фундаментов Светочувствительный аппарат глаза Класс Земноводные, или Амфибии Упражнения на перекладине Советы для родителей Память и ее тренировка Как защитить себя ВКонтакте? Категории Архитектура Биология География Искусство История Информатика Маркетинг Математика Медицина Менеджмент Охрана труда Политика Правоотношение Разное Социология Строительство Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика. Орг - год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
18 Гальванический элемент. Схема гальванического элемента. Токообразующая реакция. Эдс гальванического элемента
Методические указания для самостоятельной подготовки студентов к лабораторному занятию по теме. Электрохимия - это раздел физической химии, изучающий взаимопревращение химической энергии в электрическую. Взаимное превращение электрической и химической форм энергии происходит в электрохимических системах, состоящих из:. При погружении металла в раствор происходит переход катионов с металла в раствор или из раствора на металл. На границе раздела двух фаз металл-раствор происходит перенос электрического заряда, то есть протекает электрохимическая реакция, которая приводит к возникновению скачка потенциала. Переход ионов прекращается после установления динамического равновесия, заключающегося в том, что скорость растворения ионов равна скорости обратного процесса — выделения их на поверхность металла. Возьмем две металлические пластинки, например, цинковую и медную. В результате перехода катионов в раствор металл приобретает отрицательный заряд за счет оставшихся на нем электронов, а прилежащий к нему слой раствора заряжается положительно за счет катионов, удерживаемых отрицательным зарядом металла. При погружении медной пластинки, менее активного металла, происходит процесс осаждения катионов из раствора на металле. Пластинка приобретает положительный заряд рис. Реакция, протекающая в элементе: ДЭС создается электрическими зарядами, находящимися на металле, и ионами противоположного заряда, ориентированными в растворе у поверхности электрода рис. Эти потенциалы ограничивают процесс дальнейшего перемещения ионов с металла на металл. По мере удаления ионов от границы раздела величина потенциала в двойном электрическом слое убывает. Величина равновесного электродного потенциала зависит от природы электрода, температуры и концентрации ионов металла в растворе и выражается уравнением Нернста:. При температуре 25 0 C и множителя 2, для перехода от натуральных логарифмов и десятичным комбинация физических констант в уравнении 1 будет иметь вид:. На металле, погруженном в электролит, не содержащий ионов этого металла морская вода, раствор кислоты и т. В этом случае равновесия не наступает, так как в переносе электрических зарядов через границу раздела фаз участвуют разные ионы. Например, при растворении цинка в кислоте на цинке устанавливается неравновесный потенциал, определяемый реакциями:. Значения абсолютных величин электродных потенциалов принципиально измерить невозможно. Следовательно, ограничиваются нахождением относительных величин электродных потенциалов по отношению к другому электроду, принятому в качестве стандартного электрода сравнения. Основным стандартным электродом, потенциал которого условно принят за нуль, является водородный электрод рис. С ним сравнивают потенциалы других электродов. В сосуд подают химически чистый водород под давлением 1 атм. На практике для измерения электродных потенциалов металлов в качестве электрода сравнения не используют водородный электрод, так как он сложен в изготовлении и эксплуатации. Металлы с отрицательным значением потенциала вытесняют водород из растворов разбавленных кислот. Каждый металл способен вытеснять из растворов солей другие, менее активные металлы металлы, которые имеют большее алгебраическое значение потенциала. Так, если погрузить в раствор CuSO 4 пластину из цинка, то часть ее растворится, а из раствора на поверхности пластины выделится красноватый слой меди:. Энергия этой окислительно-восстановительной реакции может быть превращена в электрическую энергию. Однако для этого необходимо пространственное разделение процессов окисления и восстановления. Гальванические элементы относятся к химическим источникам электрического тока и позволяют получать ток за счет самопроизвольного протекания химической реакции. Гальваническим элементом называется обратимая электрохимическая система, состоящая из двух электродов, погруженных в раствор электролита, в которой энергия окислительно-восстановительного процесса превращается в электрическую. Устройство и принцип работы гальванического элемента можно рассмотреть на примере электрохимического элемента Якоби-Даниэля рис. Такой элемент имеет электроды из цинка и меди, погруженные в сернокислые растворы этих металлов. Емкости соединены между собой солевым мостиком, заполненным раствором хлорида калия KCl. При замыкании цепи гальванического элемента между цинковым электродом и раствором электролита идет реакция окисления, то есть цинковая пластинка растворяется:. Ионы цинка из электрода переходят в раствор, а на электроде остаются электроны. Следовательно, цинковая пластинка заряжается отрицательно и становится анодом. Между медным электродом и окружающим его раствором CuSO 4 идет реакция восстановления:. Ионы меди из раствора осаждаются на медном электроде, который приобретает положительный заряд и становится катодом. Гальванический элемент принято записывать так, чтобы анод находился слева. Источником электрической энергии в элементе служит окислительно-восстановительная реакция, называемая суммарной или разрядной:. Важнейшей характеристикой гальванического элемента является электродвижущая сила ЭДС , которая определяется как предельная разность потенциалов, возникающая на границе раздела фаз в разомкнутой цепи элемента. Э Д С — количественная характеристика эффективности работы гальванического элемента — она показывает, насколько полно осуществляется процесс перехода химической энергии в электрическую. Работа гальванического элемента связана с уменьшением энергии Гиббса G и может быть представлена как произведение переносимого электричества на величину ЭДС:. В этом элементе электроды изготовлены из одинакового металла и погружены в растворы собственных солей с различной концентрацией. Таким образом, они приобретают одноименный заряд Рис. Например, элемент, содержащий две серебряные пластинки, погружены в растворы нитрата серебра неодинаковой концентрации. При этом пластинка, погруженная в раствор с меньшей концентрацией, является отрицательным электродом, а другая пластинка - положительным. Следовательно, при замыкании внешней цепи поток электронов устремится слева направо; в результате на правом электроде выделяется серебро, а левый электрод постепенно растворяется. При этом в правой части элемента начнут накапливаться анионы , а в левой — катионы , которые диффундируют навстречу друг другу через солевой мостик с. Источником энергии в концентрационном элементе является работа по выравниванию концентраций солей в обоих отделениях элемента. ЭДС элемента вычисляется по формуле:. Гальванические элементы — это химические источники тока однократного действия. Применяются в виде сухих, наливных и топливных батарей. Химические источники тока делятся на первичные и вторичные источники тока. Первичные источники не перезаряжаются, то есть израсходованные активные материалы в них не могут быть регенерированы или заменены, и батарею электропитания приходится выбрасывать. Вторичная аккумуляторная батарея может быть перезаряжена. Израсходованные активные материалы в ней могут быть регенерированы, и такая батарея электропитания допускает многократное повторное использование. Большинство первичных источников тока, выпускаемых в настоящее время промышленностью, относятся к сухим батареям электропитания. В сухом элементе Лекланше рис. Эта смесь служит также деполяризующим агентом, предотвращающим образование газообразного водорода внутри элемента. Если не предотвратить образование водорода, то под давлением газа батарейка раздувается, в результате чего нарушается ее герметичность и из нее вытекает электролит. Электролит и графитовый электрод находятся в тонкостенном цинковом стаканчике, который, выполняя функции защитного корпуса, служит также отрицательным электродом батарейки. В элементе Лекланше электричество вырабатывается за счет химического взаимодействия электролита с цинковым электродом, являющимся анодом. При подключении к зажимам батарейки внешней нагрузки, например лампочки карманного фонарика, через лампочку начинает проходить ток от цинкового электрода к графитовому. Ток не прекращается, пока не растворится почти весь цинк. После этого батарейка теряет работоспособность, и ее необходимо заменить. Щелочной марганцово-цинковый сухой элемент. Щелочной марганцово-цинковый сухой элемент отличается от сухого элемента Лекланше главным образом тем, что в нем в качестве электролита используется высокоактивная щелочь КОН. В щелочном элементе примерно вдвое больше активных веществ, чем в элементе Лекланше, и он очень подходит для многих устройств со сравнительно большой потребляемой мощностью, таких, как лампы-вспышки фотоаппаратов, вращательные электроприводы и мощные стереофонические звуковые системы. Топливные элементы могут работать в непрерывном режиме без простоев для перезарядки, так как их активный материал водород, СО 2 , уголь, жидкие и газообразные углеводороды подводится из внешнего источника. Их электролит в процессе работы не изменяется. В топливных элементах энергия химических реакций, выделяющаяся в процессе окисления топлива, непосредственно преобразуется в электричество. Топливные элементы в будущем могут использоваться как автономные источники тока для автомобилей и катеров, электрогенераторы для индивидуальных домашних хозяйств, переносные силовые блоки для инструментов и другого оборудования. Электрическую энергию получают непрерывно до тех пор, пока в анодное пространство элемента не прекратится подача топлива, а в катодное — кислорода или воздуха. Вторичные ЭХГ — это аккумуляторы , в которых проходят обратимые процессы. Аккумуляторы перезаряжаются пропусканием постоянного тока в направлении, противоположном направлению тока в режиме разрядки. При этом активные соединения в элементе восстанавливаются в результате обратной химической реакции. Свинцовый аккумулятор — самый распространенный в настоящее время. Он был изобретен Ж. Планте в г. Аккумулятор состоит из положительного электрода катода — свинцовой пластинки с ячейками, заполненными пастообразным оксидом свинца PbO 2. Каждый аккумулятор состоит из нескольких пар таких пластин, погруженных в электролит — разбавленный раствор серной кислоты — и соединенных последовательно. Напряжение заряженного элемента аккумулятора составляет 2 В. Состояние свинцового аккумулятора оценивается путем измерения относительной плотности электролита. Непосредственно после зарядки она составляет примерно 1,26, а по мере разрядки понижается почти до 1,0 это объясняется тем, что серная кислота образует химическое соединение с материалом пластин, давая в остатке воду. Для заряда аккумулятора используют внешний источник тока, подключая его к электродам. В результате на электродах протекают процессы в обратном направлении:. Преимуществами свинцового аккумулятора являются: Для измерения электродного потенциала металла необходимо составить гальванический элемент рис. Для этого опустить ИЭ в раствор соли этого же металла или в морскую воду, а ЭС — в раствор хлорида калия KCl Затем с помощью электролитических мостиков соединить эти электроды через промежуточный сосуд с раствором хлорида калия. Это обеспечивает контакт электролитов, но препятствует их смешиванию. Электроды ИЭ и ЭС подключают к измерительному прибору таким образом, чтобы стрелка прибора отклонялась вправо. После измерения ЭДС Е гальванического элемента можно рассчитать электродный потенциал металла по формуле. В качестве электрода сравнения в данной работе используют хлорсеребряный электрод см. Потенциал этого электрода, измеренный по отношению к стандартному водородному электроду, составляет. Влияние природы металла и состава электролита на величину электродного потенциала. Собрать гальванические элементы, состоящие из электрода сравнения и предложенных металлов в 1М растворах их солей. Измерить Е , рассчитать потенциалы исследуемых электродов и сравнить их с табличными данными см. Измерить Е и рассчитать величины электродных потенциалов исследуемых металлов, погруженных в искусственную морскую воду. Результаты измерений занести в таблицу. Собрать гальванический элемент, состоящий из хлорсеребряного электрода сравнения и медного электрода. Определить характер изменения потенциала медного электрода в зависимости от концентрации раствора сульфата меди. Для работы использовать растворы CuSO 4 следующих концентраций:. Записать в таблицу результаты измерений Е , рассчитать величины потенциалов медных электродов и сравнить полученные данные с теоретическими значениями потенциалов по формуле Нернста при тех же концентрациях растворов. Измерьте с помощью высокоомного вольтметра величину ЭДС элемента. Рассчитайте величину равновесного потенциала исследуемого электрода. Приведите уравнение Нернста для расчета величины электродного потенциала для произвольного электрода и обозначьте входящие величины. Приведите уравнение Нернста для расчета величины электродного потенциала для водородного электрода при известном значении pH. Запишите анодную, катодную и суммарную реакции, протекающие при работе гальванического элемента Якоби-Даниэля. Серебряные электроды погружены в растворы солей с концентрациями 0,1 М и 0. Составить схему гальванического элемента, анодом которого является магний, погруженный в раствор соли с концентрацией 0,01М. Используя уравнение Нернста [3] рассчитываем величину электродного потенциала водородного электрода. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из никелевого электрода-катода, погруженного в раствор соли с концентрацией 0. Напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС гальванического элемента. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из медного электрода, погруженного в раствор соли меди с концентрацией 0. Напишите уравнения электродных реакций. Вычислите ЭДС гальванического элемента. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из стандартного водородного электрода и ртутного электрода. Составьте схему и рассчитайте ЭДС концентрационного гальванического элемента, составленного из двух железных электродов, погруженных в раствор соли железа с концентрациями 1 М и 0,01 М. Напишите его схему и уравнения электродных реакций. Вычислите ЭДС этого элемента при стандартных условиях. Какой металл вместо никеля можно взять, чтобы увеличить ЭДС? ЭДС элемента Pt H 2 HCl AgCl Ag при 25 0 С равна 0. Чему равен рН раствора НСl? Напишите уравнения электродных реакций и рассчитайте его ЭДС. Напишите уравнения реакций, протекающих при работе медно-цинкового гальванического элемента. Укажите, как повлияют на электродвижущую силу этого элемента повысят, понизят, оставят без изменения следующие воздействия:. Серебряную деталь с чернью из Ag 2 S поместили в оцинкованную емкость с мыльным раствором. Через некоторое время деталь стала блестящей, так как чернь полностью растворилась. Объясните, что послужило причиной растворения черни. Введение в химию для судостроителей. Электрохимические процессы в технике. Решение типовых задач по курсу общей химии. Государственные поверочные схемы Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции АГНКС. Астрономия Биология География Другие языки Интернет Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Механика Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Транспорт Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика Электроника. Алгоритм составления схемы гальванического элемента. Основные технические требования к работам на объекте проектирования.
https://gist.github.com/610f9bf36f14c30c1cf7a44b04c5726d
https://gist.github.com/22b5d747152db64f1afd24057a687519
https://gist.github.com/1dee76d07cd680fb42de0a83b5bf8af9