Презентация на тему Равновесные электрохимические системы

г. – Международный союз по чистой и прикладной химии

принял конвенцию о знаках электродных потенциалов и записи составных частей электрохимических систем:
Правило записи электрохимической системы:
Cu|Pt|H2|HCl ¦¦ CuSO4|Cu.
Электродный потенциал – это ЭДС электрохимической системы, в которой справа расположен данный электрод, а слева – стандартный водородный электрод, поэтому запись отдельного электрода: Cu2+|Cu; H+|H2|Pt.
Реакции на отдельном электроде записывают так: Ox + ze = Red.
ЭДС системы – разность двух электродных потенциалов E = Eпр – Eлев , причем правый электрод более положительный, а левый – отрицательный.

вакуум, М – металл, Р – раствор.
εвМ1 = -

εМ1в,
εР2Р1 – диффузионный потенциал может быть доведен до пренебрежимо малого значения, в электрохимических системах с одним проводником второго рода (электролитом) он вообще отсутствует. Тогда уравнение Е сводится к виду:
Е = εМ2Р - εМ1Р + εМ1М2

Е = εвМ1 + εМ1М2+ εМ2Р2+ εР2Р1+ εР1М1+ εМ1в

Скачок потенциала εМ1М2 – контактная разность потенциала между двумя металлами – равен разности работ выхода электрона в вакуум из обоих металлов:
εМ1М2= (ω1/F) - (ω2 /F)

количества проводников первого рода в цепи:
Е = εвМ3

+ εМ3М4+ εМ4М2 + εМ2Р2 +εР2Р1+ εР1М1+ εМ1М3+ εМ3в
εМ3в = -εвМ3 , εР2Р1= 0.
εМ3М4= (ω3/F) - (ω4/F),
εМ4М2= (ω4/F) - (ω2/F),
εМ1М3= (ω1/F) - (ω3/F),
Подставляя все эти обозначения в формулу для Е, получим:
Е = εМ2Р2 - εМ1Р1+ εМ1М2.

ЭДС правильно разомкнутой электрохимической цепи состоит из 3 потенциалов: два на границе металл-раствор и один контактный.
Напряжение правильно разомкнутой системы, составленной только из проводников первого рода, всегда равно нулю.

примере электрода первого рода:
M – ze = Mz+

Mz+ + ze = M
(окисление или ионизация) (восстановление или разряд).
Преимущественный переход ионов начинается за счет различия электрохимических потенциалов ионов в растворе и в металле:

Двойной электрический слой (ДЭС) – заряженная поверхность металла и прилегающий к ней противоположно заряженный слой электролита.
Скорость реакции обмена ионами между металлом и электролитом при равновесии, выраженная в единицах плотности электрического тока (например, А/м2, мА/см2), называется плотностью тока обмена или просто током обмена.
Значение скачка потенциалов между металлом и раствором при наступлении равновесия (iр= iи= iо) называется равновесным (или обратимым) потенциалом электрода.

и зависимости потенциала электрода от состава раствора делятся на

несколько типов.

Электрод I рода – представляет собой металл (или металлоид), находящийся в растворе, содержащем ионы этого металла (или металлоида):
Mz+/ M; Mez-/ Me
Потенциалопределяющие реакции:
Мz+ + ze  M Me + ze  Mez-.
Активность чистой твердой фазы равна единице, поэтому уравнения для потенциала электродов Ι рода:

Примеры электродов Ι рода: Cu2+ │ Cu; Ag+ │Ag; Se2- │ Se. Металлоидные электроды на практике редко реализуются, металлические электроды имеют большое распространение.

(MLn)z-n = Mz+ + n L-
E = E0k

+

(MLn)z-n|M

Если металлический электрод опущен в раствор комплексной соли этого металла, то реакция на электроде и равновесный потенциал его выразим уравнениями:

Из константы устойчивости комплексного соединения выразим отношение:

Диссоциация комплексного соединения:

труднорастворимым соединением (соль, оксид, гидроксид) и находящийся в растворе,

содержащем анионы труднорастворимого соединения: А-│МА│М.

Cl-│Hg2Cl2│Hg SO42-│Hg2SO4│Hg
SO42-│PbSO4│Pb OH-│HgO│Hg
OH-│Sb2O3│Sb Cl-│AgCl│Ag

Потенциалопределяющая реакция: МА + ze  M + Az-.
Уравнение для потенциала:

Электроды II рода обратимы относительно анионов.
Примеры электродов II рода:

Потенциалы электродов II рода легко устанавливаются и воспроизводятся, поэтому их часто используют в качестве электродов сравнения.

3 – стеклянная трубка; 4 – паста каломели;

5 – раствор KCl; 6 – электролитический ключ; 7 – боковая трубка; 8 – медная проволока для подключения электрода в цепь

Pt

Hg

Hg2Cl2(паста)

Вата + KCl

относится к группе металлоксидных электродов, изготовлен из литой сурьмы,

поверхность которой на воздухе покрывается оксидами. Если такой электрод поместить в раствор, содержащий ионы гидроксида (или ионы водорода), то на электроде устанавливается равновесие потенциал определяющей реакции:
Sb2O3 + 3H2O + 6e  2Sb + 6OH-.
Электрод записывается следующим образом: OH-│Sb2O3 │Sb.
Равновесный потенциал сурьмяного электрода подчиняется уравнению Нернста для электрода II рода:


Используя ионное произведение воды КW= аН · аОН, выразим
и подставим в уравнение потенциала

состав оксида сурьмы оказывают влияние на поведение электрода и

точность определения рН. Точность измерения рН с помощью сурьмяного электрода значительно повышается путем тщательного калибрования его в серии стандартных буферных растворов.
Электрод II рода можно рассматривать как металл, находящийся в растворе, содержащем ионы этого металла, но их концентрация определена произведением растворимости труднорастворимого соединения:

аМz+ = ПР/aAz-

Сопоставляя с уравнением для потенциала электрода II рода можно записать:

двумя трудно растворимыми солями, из которых первая имеет общий

катион с металлом, а вторая – общий анион с первой солью, причем растворимость первой соли меньше, чем второй. Электрод находится в растворе, содержащем катионы, общие со второй, более растворимой солью:

M1z+│M1A │MA│M
Потенциалопределяющая реакция:
MA + M1z+ + ze  M + M1A.
Уравнение для потенциала:

Электроды III рода обратимы относительно ионов металла, находящегося в растворе, а не относительно ионов материала электрода.