To tylko jedna z 7 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
WYKŁAD 10_2
Elektrochemia - cz.2
1. Pojęcie potencjału elektrody, pojęcie ogniwa.
Przykład 1.1 Zn 0 − 2e → Zn 2+ ładuje się blaszka ujemnie.
metal
roztwór
Dalsze schodzenie jonów do roztworu utrudnione, bo:
1. naładowana ujemnie blaszka trudniej przyjmuje elektrony;
2. naładowana ujemnie blaszka mocniej przyciąga oddalające się jony.
Dojdzie do takiej sytuacji
(takiego naładowania blaszki cynkowej czyli POTENCJAŁU π1 ),
Ŝe będą zachodzić obie reakcje z jednakową szybkością.
Zn 2+ + 2e → Zn 0
i
Zn 0 − 2e → Zn 2+
Przykład 1.2 Cu 0 − 2e → Cu 2+ ładuje się blaszka ujemnie.
metal
roztwór
Miedź trochę trudniej oddaje elektrony niŜ cynk, ale teŜ oddaje.
Dalsze schodzenie jonów do roztworu utrudnione, bo:
1.naładowana ujemnie blaszka trudniej przyjmuje elektrony;
2.naładowana ujemnie blaszka mocniej przyciąga oddalające się jony.
Dojdzie do takiej sytuacji
( takiego naładowania blaszki miedzianej czyli POTENCJAŁU π2 ),
Ŝe będą zachodzić obie reakcje z jednakową szybkością.
Cu 2+ + 2e → Cu 0
i
Cu 0 − 2e → Cu 2+
Ale z powodu innej natury chemicznej tych dwu metali (Zn i Cu) równowagowy potencjał blaszki cynkowej będzie
inny niŜ równowagowy potencjał blaszki miedzianej. π1 π 2
Blaszka cynkowa w równowadze z roztworem chlorku cynku będzie bardziej naładowana (ujemna) niŜ
blaszka miedziana w równowadze z roztworem chlorku miedzi.
Więc jeśli te dwie blaszki połączyć drucikami z Ŝarówką, to z powodu
róŜnicy potencjałów popłynie prąd i zapali się Ŝarówka.
Jeśli w blaszce Zn ubędzie (na skutek tego prądu) elektronów, to jest juŜ
ona nie tak mocno trzymająca następne jony Zn2+ pragnące ją opuścić .
(zajdzie pewna porcja reakcji Zn 0 − 2e → Zn 2+ )
Podobnie, jeśli na blaszkę Cu wejdzie (od strony ⊗ ) trochę elektronów,
sprzyjać to będzie reakcji
Cu 2+ + 2e → Cu 0 .
Dopóki w roztworze (2) są jony Cu 2+ ,
dopóki w części (1) jest jeszcze Zn 0 ,
dopóki stęŜenie Zn 2+ nie jest za duŜe,
będzie wytwarzał się prąd elektryczny z powodu róŜnicy w
równowagowym naładowaniu elektrod.
Ogniwo to taki zestaw przewodników I-go rodzaju (metale) i II-go rodzaju (roztwory elektrolitów), gdzie z powodu
zachodzących 2 odrębnych reakcji wymiany elektronów wytwarza się róŜnica potencjałów i przepływa prąd
elektryczny przez zewnętrzny przewodnik. ( W elektrolizie zewnętrzne źródło prądu wywoływało reakcje
wymiany elektronów. )
ANODA to elektroda ogniwa, gdzie zachodzi reakcja oddawania elektronów elektrodzie. Proces anodowy to
proces utleniania. ( i w ogniwie i w elektrolizie ).
Anoda w ogniwie pod wpływem reakcji ładuje się ujemnie (w elektrolizie dodatnio).
Proces katodowy to proces redukcji ( i w ogniwie i w elektrolizie ).
Katoda w ogniwie pod wpływem reakcji ładuje się dodatnio.
Opracowanie: dr inŜ. B. Andruszkiewicz
1
2. Skala potencjałów półogniw.
Za zero przyjęto potencjał półogniwa (elektroda z jej roztworem ) wodorowego:
1. elektroda platynowa pokryta czernią platynową (rozwinięta powierzchnia).
2. roztwór jonów H+ (kwas solny) o aktywności (stęŜeniu)1mol/dm3
(…)
… redoks.
5. Równanie Nernsta –
Niech dana będzie reakcja sumaryczna ogniwa aA + bB ⇔ cC + dD
RT [C]c ∗ [D]d
E = E⊕ −
ln
nF [A ]a ∗ [B]b
E - siła elektromotoryczna ogniwa; E ⊕ - standardowa siła elektromotoryczna ogniwa
n – ilość elektronów wymieniona w reakcji sumarycznej ogniwa;
[C], [D], [A], [B] – molalności (stęŜenia ) reagentów podzielone
mol
przez m ⊕ = 1
; wobec tego [C], [D], [A], [B] są wielkościami bezwymiarowymi.
kgH 2 O
Opracowanie: dr inŜ. B. Andruszkiewicz
5
Wyprowadzenie równania Nernsta
Dla przemiany polegającej na zajściu 1 mola reakcji sumarycznej ogniwa przy p=const, T=const
c
∆G = ∆G ⊕ + RT ln
d
a
b
mC mD
⊕ ∗ ⊕
m m
mA mB
⊕ ∗ ⊕
m m
Wychodząc z definicji potencjału termodynamicznego obliczę ∆G.
G=H-TS
dG=dH-TdS-SdT
dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT
dG…
… faktycznie zachodzącą w ogniwie po połączeniu elektrody wodorowej i cynkowej. W
którą stronę płyną elektrony w zewnętrznym przewodniku ogniwa?
Opracowanie: dr inŜ. B. Andruszkiewicz
2
1
H2 − e → H+
⇒
Zn 2+ + 2e → Zn 0 ⇒
2
Obliczam siłę elektromotoryczną tego ogniwa:
E ⊕ = π ⊕ − π ⊕ = π Zn 2+ IZn 0 − π H
pr
l
2 IH
+
Zn 2+ + H 2 → Zn 0 + 2H +
= −0,762V − 0 = −0,762V
PoniewaŜ formalnie zapisane ogniwo miałoby…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)