1. Изучение строения и свойств вещества и составляющих его частиц
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
При [Fe2+] = 1 моль/л значение рН не более 4,75. Увеличение концентрации ионов Fe2+ до рН гидратообразования, сопровождающегося выпадением осадка Fe(OH)2, стабилизирует рН среды около значения 10, так как ПР(Fе(ОН2)) = [Fe2+] · ОН = 4,8·10-16; ОН 3√4,8·10-16 =3,5 ; рОН = 3,5; рН = 14 - 3,5 = 10,5. Однако даже незначительное количество ионов Fe3+ в растворе приводит к сильному подкислению среды за счет гидролиза этих ионов Fe3++H2O ←→ FeOH2++H+, Кг [FeOH2+]·[H+] [Fe3+] При [Fe3+] =1 моль/л рН составляет примерно 2,0 53. удельная электропроводность растворов электролитов, зависимость от температуры и концентрации. Электрическая проводимость растворов электролитов, те. способность их проводить электрический ток, зависит от природы электролита и растворителя, концентрации, температуры и некоторых других факторов. Различают удельную и молярную электрическую проводимости. Удельная электрическая проводимость раствора электролита ?????? - это электрическая проводимость объёма раствора, заключённого между двумя параллельными электродами, имеющими площадь по одному квадратному метру и расположенными на расстоянии одного метра друг от друга. Удельная электропроводность является величиной, обратно удельному сопротивлению ??????: ?????? Удельное сопротивление определяется по уравнению ?????? = ?????? ?????? ?????? . Единица удельного сопротивления выражается величиной [ ??????] = Ом*м. единица удельной электрической проводимости, выражается обратной величиной ??????=1/(Ом*м)=Ом -1 *м -1 =См*м -1 Удельная электропроводность зависит от природы электролита, температуры, давления, разведения. ?????? = ?????? · ?????? · ??????(?????? ?????? + ?????? ?????? ) – для слабых электролитов ?????? = ?????? · ?????? · ?????? ?????? (?????? ?????? + ?????? ?????? ) – для сильных электролитов Повышение температуры на К увеличивает удельную электропроводность на 2-2,5%. Это объясняется понижением вязкости раствора и уменьшением гидратации ионов, а для растворов слабых электролитов увеличением их степени диссоциации. Зависимость удельной электропроводности разбавленных растворов от температуры описывается эмпирическим уравнением ?????? T = ?????? 298 [1+ ??????(T-298)+??????(T-298) 2 ]. ??????=0.0163(??????-0,0174), где ?????? 298 – удельная электропроводность при К, ?????? и ?????? - температурные коэффициенты электропроводности. Коэффициенты ?????? и ?????? зависят от природы электролита. В растворах слабых электролитов диссоциация молекул электролита на ионы увеличивает объем раствора. Поэтому повышение давления в соответствии принципом смещения подвижного равновесия Ле-Шателье-Брауна уменьшает степень диссоциации электролита и, следовательно, электрическую проводимость. Заметное влияние на электропроводность раствора слабого электролита оказывает только давление около сотен и тысяч атмосфер. Зависимость удельной электропроводности от концентрации выражается уравнениями ?????? = √ ?????? ?????? ?????? - для слабых электролитов −???????????? ?????? ?????? = 0.5 ?????? ?????? 2 √?????? - для сильных электролитов 54. Молярная электропроводность. Закон Кольрауша. Определение молярной электропроводности при бесконечном разбавлении растворов сильных и электролитов. Электрическая проводимость растворов электролитов, те. способность их проводить электрический ток, зависит от природы электролита и растворителя, концентрации, температуры и некоторых других факторов. Различают удельную и молярную электрическую проводимости. Молярная электропроводность ?????? - электропроводность объема раствора электролита, содержащего 1моль-экв растворенного вещества и находящегося между двумя параллельными электродами, расположенными на расстоянии 1 метра друг от друга. Удельная и молярная электропроводности связаны между собой соотношением ??????=??????/C m , где C m – концентрация электролита, выраженная в моль/м 3 . Единица в молярной электропроводности [ ??????]=См*см2*моль -1 . Молярная электропроводность с уменьшением концентрации раствора увеличивается и при С стремится к некоторому предельному максимальному значению ?????? ∞ , которая называется молярной электропроводностью при предельном(бесконечном) разбавлении. Кольрауш установил, что при бесконечном разведении катионы и анионы проводят электрический ток независимо друг от друга, так как в этих условиях взаимодействие между ионами почти полностью отсутствует, в этом случае молярная электропроводность раствора будет равна сумме электропроводности катионов и анионов. Для предельно разбавленного раствора ??????=1, поэтому ?????? ∞ = ?????? + ∞ + ?????? − ∞ , где ?????? + ∞ и ?????? − ∞ - подвижности ионов при предельном разбавлении. По измеренным сопротивлениям для каждой из концентрации вычисляют удельную электропроводность, молярную электропроводность, а затем вычисляют степень диссоциации по уравнению ?????? = ?????? ?????? ∞ . При разбавлении слабого электролита, степень их диссоциации увеличивается, число ионов увеличивается. Для сильных электролитов зависимость молярной электропроводности от концентрации выражается эмпирическим уравнением Кольрауша: с ?????? ∞ − ??????√?????? . 55. Молярная электропроводность. Влияние температуры и концентрации на молярную электропроводность растворов сильных и слабых электролитов. Молярная электропроводность ?????? - электропроводность объема раствора электролита, содержащего 1моль-экв растворенного вещества и находящегося между двумя параллельными электродами, расположенными на расстоянии 1 метра друг от друга. Удельная и молярная электропроводности связаны между собой соотношением ??????=??????/C m , где C m – концентрация электролита, выраженная в моль/м 3 . Единица в молярной электропроводности [ ??????]=См*см2*моль -1 . Для слабых электролитов ↑ ??????, ↑ ??????, ↑ число ионов ?????? ?????? , ?????? ∞ - полная ионизация) Для сильных электролитов ↑ ??????, ↓ сила межионного взаимодействия, ↑ ?????? ?????? , ↑ ?????? ?????? ?????? ∞ - полное отсутствия межионного взаимодействия) ?????? ∞ = ??????(?????? ?????? + ?????? ?????? ) ?????? ∞ - молекулярная электропроводность при таком сильном разведении, когда слабые электролиты полностью диссоциируют на ионы, ау сильных – отсутствует межионное взаимодействие. Зависимость молярной электропроводности от температуры можно представить уравнением ?????? T = ?????? 298 [1+ ??????(T-298)], где ?????? T и ?????? 298 – молярные электропроводности при температуре Т и К, ?????? – температурный коэффициент электропроводности. Для слабых электролитов изменение молярной электропроводности от концентрации раствора связана в основном со степенью диссоциации и для сильных электролитов – с межионным взаимодействием. Зависимость молярной электропроводности от концентрации ?????? ?????? = ??????·1000 ?????? . Для сильных электролитов ?????? = ?????? ?????? · ?????? ∞ . Таким образом, в растворах сильных электролитов изменение молярной электропроводности с концентрацией обусловленной коэффициентом электропроводности, то есть влиянием электростатического взаимодействия ионов на скорость их движения. 56. Электролиз, законы электролиза. Электролиз водных растворов солей с инертным анодом (привести пример. Электролиз - окислительно-восстановительный процесс, протекающий под действием электрического тока. Законы электролиза 1 закон масса вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна количеству электричества, пропущенного через растворили расплав электролита. 2 закон если через растворы нескольких электролитов пропустить одинаковое количество электричества, то массы выделившихся веществ будут прямо пропорциональны их электрохимическим эквивалентам. 57. Определение стандартного значения электродных потенциалов. Уравнение Нернста для определения ЭДС цепей. Скачок электрического потенциала между электродом, на котором происходит окислительно- восстановительная реакция, и раствором, устанавливающийся при равенстве скоростей прямой и обратной реакций, называется равновесным потенциалом электрода в данном растворе. Причина возникновения заряда на границе металл-раствор является возникновение двойного электрического слоя.В Общем случае зависимость потенциала какого-либо электрода от состава раствора и температуры дается уравнением Нернста: ?????? = ?????? 0 + ???????????? ???????????? ???????????? ?????? окисл ?????? восст ЭДС элемента называется разность потенциалов на полюсах обратимого электрохимического элемента. ЭДС элемента измеряют при помощи компенсационного метода, которое заключается в том, что ЭДС вспомогательного нормального элемента сравнивается с неизвестной ЭДС. В качестве вспомогательного нормального элемента обычно применятся так называемый нормальный элемент Вестона. Этот элемент сохраняет длительное время постоянное и устойчивое значение ЭДС. ЭДС электрохимического элемента считается положительным, если электрохимическая цепь записана так, что катионы при работе элемента проходят в растворе от левого электрода к правому ив том же направлении движутся электроны по внешней цепи. При этом левый электрод является отрицательным, а правый – положительным. 58. Классификация электродов, правила записи электродов и цепей. В зависимости от природы электродной реакции различают несколько типов электродов. Электроды города. Электродом первого рода называют металл или неметалл, погруженный в раствор, содержащий его ионы. Электрод первого рода можно представить в виде схемы ММ. Ему отвечает электродная реакция М+ + е = М. Потенциал электрода первого рода можно записать ?????? ?????? ??????+ |?????? = ?????? ?????? ??????+ |?????? 0 + ???????????? ???????????? ?????????????????? + , Где ?????? + - активность ионов металла в растворе. Активность атомов в электроде из чистого металла принимается равной единице. Примером электрода 1 рода может служить медный электрод в растворе соли меди. К неметаллическим электродам первого рода относят селеновый электрод. Электроды 2 рода. Электрод второго рода состоит из металла, покрытого слоем его малорастворимого соединения и погруженного в раствор растворимой соли, содержащий тот же анион, что и малорастворимое соединение. Электрод второго рода и протекающая на нем электродная реакция записывается в виде схемы А, M. Реакцию можно записать MA + ze ⇄ M + Потенциал электрода второго рода можно представить выражением ?????? ?????? ??????− |????????????,?????? = ?????? ?????? ??????− |????????????,?????? 0 + ???????????? ???????????? ???????????? ?????? ???????????? ?????? ????????????− , Электроды второго рода широко применяются в электрохимических измерениях в качестве электродов сравнения, так каких потенциал устойчив во времени и хорошо воспроизводится. Примерами электрода второго рода могут служить каломельный и хлорсеребряный электроды. Газовые электроды. Газовый электрод состоит из инертного металла(обычно платины, контактирующего одновременно с газом и раствором, содержащим ионы этого газообразного вещества. Примерами газовых электродов могут служить водородный, кислородный и хлорный электроды. Газовые электроды иногда относят к электродам первого рода. Водородный электрод записывается в виде схемы H + |H 2 ,Pt и протекающая на нем реакция в виде H + + e = 1/2H 2 . Содержание газообразного вещества, участвующего в электродной реакции, принято выражать в единицах давления чистого газа или его парциального давления в газовой смеси. Потенциал водородного электрода описывается уравнением ?????? ?????? + |?????? 2 = ?????? ?????? + |?????? 2 0 + ???????????? ?????? ???????????? ?????? ??????+ ?????? ??????2 1/2 Амальгамные электроды. Амальгамный электрод состоит из амальгамы данного металла в контакте с раствором, содержащим ионы этого металла. Амальгамный электрод можно представить схемой M z+ |M,Hg. Ему отвечает электродная реакция M z+ + ze = M(Hg). Потенциал амальгамного электрода ?????? ?????? 2+ |??????,???????????? = ?????? ?????? 2+ |??????,???????????? 0 + ???????????? ???????????? ???????????? ?????? + ?????? ?????? , где ?????? + и ?????? ?????? - активности ионов металла соответственно вводном растворе и амальгаме. 5)Окислительно-восстановительные электроды. Этот электрод состоит из инертного металла, погруженного в раствор, содержащий окисленную и восстановленную формы вещества. Различают простые и сложные окислительно-восстановительные системы. В простой окислительно-восстановительной системе электродная реакция состоит в изменении заряда ионов O,R|Pt O + ze = R. Примером сложный окислительно-восстановительной системы может служить система из ионов Mn O 4 − и Химические цепи(гальванический элемент, их классификация. Гальванические элементы подразделяются натри большие группы физические, химические и концентрационные. Физические цепи – в них электроды отличаются друг от друга только физическими свойствами. Это могут быть различные модификации одного итого металла, нов разных формах устойчивости. Источником электрической энергии физических цепей служит свободная энергия перехода электрона из менее устойчивого в более устойчивое состояния. В химических цепях электроды отличаются друг от друга химическими свойствами. В этих цепях источником электрической энергии служит химическая реакция. Различают химические цепи с двумя и одним электролитом. К электрохимическим элементам с двумя электролитами относятся элемент Даниэля-Якоби. Химические цепи с одним электролитом могут быть двух видов. В цепях первого видана одном электроде протекает реакция с участием катиона электролита, а на другом электроде с участием аниона электролита. В элементах второго вида с одним электролитом на обоих электродах протекают реакции с участием аниона электролита при этом один электрод – газовый, а в другой – второго рода. Химические цепи с одним электролитом широко применяются в физико-химических исследованиях. Концентрационные цепи. Концентрационными цепями называют те цепи, в которых оба электрода одинаковы по своей природе, но различаются активностью одного или нескольких участников электродной реакции. При этом электрическая энергия получается за счет выравнивания концентрации веществ в элементе. Концентрационные цепи могут быть без переноса и с переносом. Концентрационными цепями без переноса называются элементы ас одинаковыми электродами и двумя одинаковыми по природе, но разными по концентрации растворами электролитов. Б) с электродами из двух сплавов (амальгам, одинаковых по природе, но разных по концентрации в)с газовыми электродами, одинаковыми по природе, нос разным давлением газа на электродах. Концентрационными цепями с переносом называются элементы с одинаковыми электродами и двумя одинаковыми по природе, но разными по концентрации растворами электролитов. Гальванический элемент. Термодинамика гальванического элемента. Превращение химической энергии в электрическую возможно при помощи электрохимического(гальванического) элемента, примером которого может служить элемент Даниэля-Якоби, состоящий из цинкового и медного электродов, опущенных соответственно в растворы сульфатов цинка и меди, разделенные пористой диафрагмой во избежание их перемешивании. Схема электрохимической цепи элемента Даниэля-Якоби записывается след. образом Zn|ZnSO 4 ||CuSO 4 |Cu. Вертикальной сплошной чертой обозначается граница между металлом и раствором, если на границе между двумя электролитами устранен так называемый диффузионный потенциал, то границу между двумя электролитами обозначают двумя вертикальной черточками, если не устранен, то пунктирной вертикальной чертой. Зависимость максимальной полезной работы химической реакции в гальваническом элементе от температуры можно связать с уравнениями Гиббса-Гельмгольца: G T( G/ T р ; F U T ( F / Максимальная полезная работа электрохимической реакции равна А- G. Энтропию электрохимической реакции протекающей в гальваническом элементе определяют по формуле ∆?????? = ????????????( ???????????? ???????????? ) , а энтальпию ∆?????? = −?????????????????? + ??????????????????( ???????????? ???????????? ) или ∆?????? − ??????∆??????. Связь константы равновесия химической реакции и стандартной E 0 выражается соотношением ?????? 0 = ???????????? ???????????? ?????????????????? ?????? |