Гальванические элементы

Содержание

Слайд 2

Гальванический элемент

Устройство, состоящее из двух электродов, дающее возможность получать электрический ток в

Гальванический элемент Устройство, состоящее из двух электродов, дающее возможность получать электрический ток
результате химической реакции

В кристалле металла существует равновесие:
Ме0↔Меn++ nе
При погружении в воду:
Меn+ + mН2О ↔ Меn+∙mН2О
Суммарное уравнение этих процессов:
Ме0 + mН2О ↔ Меn+∙mН2О + nе.

Слайд 3

Раствор заряжается положительно.
Металл заряжается отрицательно.
Ппластина металла притягивает из раствора положительно заряженные

Раствор заряжается положительно. Металл заряжается отрицательно. Ппластина металла притягивает из раствора положительно
ионы металла и удерживает их вблизи его поверхности.
На границе металл – раствор образуется двойной электрический слой. Возникновение которого характеризуется электродным (ОВР) потенциалом: ЕМеn+/Ме или Еокисл/восст.

Потенциал, измеренный в стандартных условиях (t=250С, с=1 моль/л, для газообразных веществ р=101,3 кПа) называется стандартным потенциалом и обозначается Е0.

Слайд 4

Стандартные электродные потенциалы (Eo), некоторых металлов (ряд напряжений)

Стандартные электродные потенциалы (Eo), некоторых металлов (ряд напряжений)

Слайд 5


На границе Рt – Н2SО4 устанавливается равновесие:
Н+(р) + е ↔ ½

На границе Рt – Н2SО4 устанавливается равновесие: Н+(р) + е ↔ ½ Н2; ΔG = 0
Н2; ΔG = 0

Слайд 6

Величина потенциала водородного электрода зависит от давления и рН среды.
ЕН+/Н = -0,0295

Величина потенциала водородного электрода зависит от давления и рН среды. ЕН+/Н =
lg рН2 – 0,059рН.
С увеличением давления и рН среды электродный потенциал уменьшается.
Е0Н2=0В.
Относительно водородного электрода померены потенциалы всех металлов.

Н2,Рt│Н+║Меn+│Ме
аН+=1
Токообразующая реакция:
Меn+ + 1/2 Н2 ↔ Ме + nН+

Слайд 7

Проводники первого рода — это, как правило, металлы, проводники второго рода —

Проводники первого рода — это, как правило, металлы, проводники второго рода —
электролиты. Перенос заряда через границу раздела фаз (электрический ток) в электроде осуществляется за счет электрохимической реакции.
Между фазами электрода возникает некий определенный скачек потенциала, называемый электродным потенциалом, величина которого обусловлена природой составляющих его компонентов, их концентрациями и значениями внешних термодинамических параметров.

Слайд 8

При протекании термодинамических процессов, участниками которых являются ионы, кроме механической работы совершается

При протекании термодинамических процессов, участниками которых являются ионы, кроме механической работы совершается
еще и электрическая работа, связанная с переносом заряженных частиц.
Таким образом, в системах состоящих из проводников первого рода (обладающих электронной проводимостью), находящихся в контакте с проводниками второго рода (обладающих ионной проводимостью), происходит взаимное превращение химической и электрической форм энергий.

Слайд 9

Цинк-медный гальванический элемент Якоби-Даниэля

Катод (Сu):
Cu2+ + 2e- = Cu°
Анод (Zn):
Zn° = Zn2+

Цинк-медный гальванический элемент Якоби-Даниэля Катод (Сu): Cu2+ + 2e- = Cu° Анод
+ 2e-

Слайд 10

Анод

Катод

Полунепроницаемая перегородка

Анод Катод Полунепроницаемая перегородка

Слайд 11

Электродные потенциалы

Величины стандартных электродных потенциалов Ео приведены в таблицах и характеризуют окислительные

Электродные потенциалы Величины стандартных электродных потенциалов Ео приведены в таблицах и характеризуют
и восстановительные свойства соединений:
чем положительнее величина Ео, тем сильнее окислительные свойства, и чем отрицательнее значение Ео, тем сильнее восстановительные свойства.
Например, для F2 + 2ē ⮀ 2F- Ео = 2,87 вольт (F2 - сильный окислитель), а для Na+ + 1ē ⮀ Na0 Ео = -2,71 вольт (Na - сильный восстановитель)
Процесс всегда записывается для реакций восстановления.

Слайд 12

ЭДС зависит от:
Положения металлов в ряду напряжений
Соотношения ионов взятых растворов.
При работе этого

ЭДС зависит от: Положения металлов в ряду напряжений Соотношения ионов взятых растворов.
элемента протекают процессы:
Реакция окисления. Процессы окисления в электрохимии называются анодными, а электроды, на которых идут процессы окисления, называются анодами.
2) Реакция восстановления. Процессы восстановления в электрохимии называются катодными, а электроды, на которых идет восстановление, называются катодами.
3) Движение электронов во внешней цепи.
4) Движение ионов в растворе : анионов к аноду, а катионов к катоду.

Слайд 13

Уравнение Нернста

Уравнение Нернста

Слайд 14

Электродный потенциал рассчитывается:
Условия: Т≠250С, СМеn+≠1 моль/л:

2) Условия: Т=250С, СМеn+ ≠ 1 моль/л:

3)

Электродный потенциал рассчитывается: Условия: Т≠250С, СМеn+≠1 моль/л: 2) Условия: Т=250С, СМеn+ ≠
Условия: Т=250С, СМеn+ = 1 моль/л:
ЕМеn+/Me= Е0Mеn+/Me
Для разбавленных растворов аМеn+=сМеn+.

Слайд 15

Классификация электродов

Электроды нулевого рода (окислительно-восстановительные электроды)
Окислитель и восстановитель, как правило, находятся в

Классификация электродов Электроды нулевого рода (окислительно-восстановительные электроды) Окислитель и восстановитель, как правило,
растворе, а фаза проводника первого рода выполнена из инертного материала (например, Pt), которая выступает в качестве контакта и не участвует в электрохимической реакции. Примеры,
Fe2+(aq), Fe3+(aq)  Pt;
C6H4O2, C6H4(OH)2, H+(aq)  Pt (хингидронный электрод).

Слайд 16

Электроды первого рода
1. Металл, погруженный в раствор, содержащий ионы этого металла Mz+(р-р) 

Электроды первого рода 1. Металл, погруженный в раствор, содержащий ионы этого металла
M(т).
2. Неметалл, погруженный в раствор, содержащий ионы этого неметалла Az–(р-р)  A(т).
Металлическая фаза может быть выполнена не только из чистого вещества, но представлять собой сплав (раствор). Например, амальгамные электроды (амальгама — раствор металла в ртути) Mz+(р-р)  M(р-р в Hg).

Слайд 17

Электроды второго рода
Металл (A), погруженный в раствор, содержащий насыщенное соединение (малорастворимое или

Электроды второго рода Металл (A), погруженный в раствор, содержащий насыщенное соединение (малорастворимое
комплексное) иона этого металла (A+) и избытка аниона (B–). Таким образом, электрод второго рода обратим относительно аниона (т. е. его потенциал зависит от концентрации этого аниона).
B–(р-р)  AB(т)  A(т)
AB(т) + e– = A(т) + B–(р-р).

Например, Cl–(aq)  AgCl  Ag — хлоридсеребряный электрод

Слайд 18

Концентрационный гальванический элемент

Гальванический элемент, состоящий из одинаковых полуэлементов, различающихся только концентрациями растворенного

Концентрационный гальванический элемент Гальванический элемент, состоящий из одинаковых полуэлементов, различающихся только концентрациями
вещества
Анод:
Ag° → Ag+ + 1e-
Катод:
Ag+ + 1e- → Ag°

Слайд 19

Стеклянный электрод

Плюсы:
Быстро устанавливается потенциал
рН = -2 – 12; Т = 0 -

Стеклянный электрод Плюсы: Быстро устанавливается потенциал рН = -2 – 12; Т
100°С
Можно применять в агрессивных средах (кроме HF)
Минусы:
Хрупкость
Большое внутреннее сопротивление

Слайд 20

Топливные элементы

Топливный элемент - окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в

Топливные элементы Топливный элемент - окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и
процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, элемент может работать длительное время.
Удельная энергия топливного элемента значительно выше энергии гальванических элементов.
Кислородно-водородной топливный элемент с щелочным электролитом:
Н2,М│КОН│М,О2
М – проводник 1-го рода, играющий роль катализатора электродного процесса и токоотвода.
На аноде: Н2 +2ОН- -2е = 2Н2О.
На катоде: ½ О2 + Н2О +2е = 2ОН-
Токообразующая реакция: Н2 + ½ О2 = Н2О.

Слайд 21

Аккумуляторы
Аккумуляторы - устройства, в которых электрическая энергия превращается в химическую, а химическая

Аккумуляторы Аккумуляторы - устройства, в которых электрическая энергия превращается в химическую, а
– снова в электрическую.
Процесс накопления химической энергии –это заряд аккумулятора, процесс превращения химической энергии в электрическую – разряд аккумулятора.
При заряде аккумулятор работает как электролизер, при разрядке – как ГЭ.
Процессы зарядки и разрядки осуществляются многократно
Имя файла: Гальванические-элементы.pptx
Количество просмотров: 49
Количество скачиваний: 1