Общая химия. Ответы по методичке 346-400. Электрохимия электрохимия
 Скачать 0.62 Mb.
|
|
357) зависимость удельной электропроводности слабых и сильных электролитов от разбавления удельная электропроводность зависит от концентрации ионов и скорости движения ионов чем больше концентрация ионов, тем больше удельная электропроводность усильных электролитов концентрация ионов зависит от концентрации раствора электролита чем больше концентрация раствора, тем больше концентрация ионов, тем больше удельная электропроводность но чем меньше концентрация раствора, тем меньше взаимодействие катионов и анионов, выше скорость ионов.. у слабых электролитов концентрация ионов зависит от концентрации раствора и степени диссоциации электролита чем больше концентрация раствора, тем больше концентрация ионов, тем больше удельная электропроводность но чем меньше концентрация раствора, тем больше степень диссоциации, тем больше концентрация ионов.. * закон Освальда чем выше температура, тем больше степень диссоциации, тем больше концентрация ионов. чем меньше концентрация раствора, тем больше степень диссоциации, тем больше концентрация ионов. итак, разбавление растворов электролитов сначала повышает удельную электропроводность, затем понижает графическая зависимость удельной электрической проводимости слабых и сильных электролитов от разбавления KCl CH 3 COOH V факторы, влияющие на скорость движения ионов в электрическом поле . скорость движения ионов зависит от напряженности электрического поля, свойств ионов, свойств растворителя факторы, влияющие на скорость движения ионов в электрическом поле - напряжённость электрического поля чем выше напряженность электрического поля (больше анодное напряжение, тем выше скорость ионов - величина зарядов ионов чем больше заряд ионов, тем выше скорость ионов - величина радиусов ионов чем больше радиус ионов, тем ниже скорость ионов ПР катион Li + имеет меньший радиус, чем катион К, и движется быстрее - гидратация ионов чем больше гидратация ионов, тем ниже скорость ионов гидратация зависит от свойств ионов и температуры гидратация зависит от свойств ионов ПР катион Li + сильнее гидратирован, чем катион Na + , и движется медленнее гидратация зависит от температуры чем выше температура, тем меньше гидратация, тем выше скорость ионов - концентрация растворов электролитов в растворах электролитов катионы и анионы взаимодействуют(притягиваются) вокруг ионов образуются симметричные и асимметричные оболочки из противоположных ионов электрофоретический эффект - торможение центрального иона за счет оболочки из противоположных ионов релаксационный эффект – торможение иона за счет накопления из противоположных ионов позади иона усильных электролитов при разбавлении уменьшается взаимодействие катионов и анионов при этом скорость движения ионов растет при максимальном разведении межионого взаимодействия нет – скорость движения ионов максимальная скорость движения ионов при максимальном разведении раствора есть абсолютная скорость движения ионов абсолютная скорость движения ионов измеряется в см/сек В см 2 - вязкость растворителя чем меньше вязкость растворителя, тем выше скорость ионов вязкость растворителя зависит от температуры чем выше температура, тем меньше вязкость растворителя, тем выше скорость ионов- аномально высокая скорость движения у ионов Ни ОН- причина – эстафетный способ перемещения этих ионов от одной молекулы воды к другой l S l S L S l R 1 1 6 влияние напряженности электрического поляна электропроводность растворов электролитов чем выше напряженность электрического поля, тем выше скорость ионов, тем больше электропроводность но при низкой напряженности электропроводность мало зависит от напряженности при высокой напряженности электропроводность резко возрастает, достигая предельных значений при этом напряженность электрического поля влияет на свойства ионов усильных электролитов при высокой напряженности уменьшается электрофоретический и релаксационный эффект (скорость движения настолько велика, что оболочки ионов не успевают образоваться) у слабых электролитов при высокой напряженности увеличивается степень диссоциации влияние температуры на электропроводность растворов электролитов чем выше температура, тем меньше вязкость растворителя, тем выше скорость ионов, больше электропроводность чем выше температура, тем меньше гидратация, тем выше скорость ионов, больше электропроводность у слабых электролитов чем выше температура, тем больше степень диссоциации, больше электропроводность итак, повышение температуры повышает электропроводность растворов электролитов абсолютная скорость движения ионов. у сильных электролитов при разбавлении уменьшается взаимодействие катионов и анионов при этом скорость движения ионов растет при максимальном разведении межионого взаимодействия нет – скорость движения ионов максимальная скорость движения ионов при максимальном разведении раствора есть абсолютная скорость движения ионов абсолютная скорость движения ионов измеряется в см/сек В см 2 349) молярная электропроводность растворы электролитов сравнивают по удельной электропроводности и по молярной электропроводности - удельная электропроводность - величина, обратная удельному сопротивлению рассчитывается для раствора электролита определенных размеров и определенного объема удельная электропроводность равна электропроводности раствора электролита между электродами единичной площади, расположенными на единичном расстоянии удельная электропроводность измеряется в системе СИ в Ом -1 м -1 , в системе СГС в Ом -1 см -1 удельная электропроводность зависит от концентрации ионов и скорости движения ионов - молярная электропроводность – электропроводность раствора 1 моля эквивалента электролита между электродами, расположенными на единичном расстоянии в СГС l =1 см) рассчитывается для проводника определенного размера и определенного количества молекул электролита молярная электропроводность измеряется в системе СИ в Ом -1 м -1 моль -1 , в системе СГС в Ом -1 см -1 моль -1 для молярной электропроводности объем раствора электролита может быть любым Взаимосвязь удельной и молярной электропроводности. молярная электропроводность связана с удельной электропроводностью по формуле =1000 / С, где - молярная электропроводность в Ом -1 см -1 моль -1 приданной концентрации - удельная электропроводность в Ом -1 см -1 приданной концентрации С – молярная концентрация эквивалента вещества в моль/л 358) графическая зависимость молярной электрической проводимости слабых и сильных электролитов от разбавления 349) молярная электропроводность зависит от концентрации ионов и скорости движения ионов - от концентрации ионов чем больше концентрация ионов, тем больше молярная электропроводность - от скорости движения катионов и анионов чем больше скорость движения ионов, тем больше молярная электропроводность для заданного количества электролита моль) концентрация ионов зависит от степени диссоциации и разведения усильных электролитов степень диссоциации максимальная =1 но чем меньше концентрация раствора, тем меньше взаимодействие катионов и анионов, выше скорость ионов. при максимальном разведении межионого взаимодействия нет - молярная электропроводность максимальная у слабых электролитов степень диссоциации зависит от концентрации ионов чем меньше концентрация раствора, тем больше степень диссоциации, тем больше концентрация ионов. при максимальном разведении степень диссоциации =1, и молярная электропроводность максимальна есть зависимость между степенью диссоциации и молярной электропроводностью / итак, разбавление растворов электролитов повышает молярную электропроводность при максимальном разведении молярная электропроводность зависит только от скорости ионов графическая зависимость молярной электрической проводимости слабых и сильных электролитов от разбавления CH 3 COOH V 7 предельная электропроводность электролитов, закон Кольрауша при максимальном разведении межионого взаимодействия нет для определенного электрического поля при максимальном разведении молярная электропроводность максимальная это предельная электропроводность закон Кольрауша при максимальном разведении молярная электропроводность равна сумме электропроводности катионов и анионов ка, где к – предельная молярная электропроводность катионов или молярная подвижность катионов, а - предельная молярная электропроводность анионов или молярная подвижность анионов при максимальном разведении предельная молярная электропроводность зависит только от скорости ионов если к = F к и а = F а, тока ка, где F - число Фарадея F =96500 Кл/моль=96500 А сек/моль=96500 В сек/моль Ом, к - абсолютная скорость движения катионов в см/сек В см 2 Uа - абсолютная скорость движения анионов в см/сек В см 2 скачок потенциалов при контакте двух разных веществ возникает скачок потенциалов ПР при контакте двух металлов возникает контактный потенциал при контакте металла и раствора соли возникает электродный потенциал при контакте двух растворов электролитов возникает диффузионнный потенциал причина скачка потенциалов – обмен заряженными частицами между веществами на границе раздела двух в-в на границе раздела двух в-в образуется двойной электрический слой, и возникает электрическое поле характеристика электрического поля в данной точке – потенциал электрического поля в данной точке потенциалы электрического поляна границе раздела двух в-в резко отличаются – есть скачок потенциалов двойной электрический слой 374) электродный потенциал электрод – система металла, контактирующего с водой или раствором электролита если вводу погрузить металлический электрод, то под действием полярных молекул воды атомы металлов будут терять е- ив виде катионов уходить из кристаллической решетки в раствор на металлическом электроде возникнет (электрический заряд (потенциал) электрический заряд на электроде удержит катионы металла в растворе у границы раздела металл-вода на границе металл-вода возникнет двойной электрический слой на поверхности металла (электрический заряд – в растворе у поверхности металла (электрический заряд возникшее электрическое поле будет препятствовать дальнейшему выходу катионов металла в раствор будет идти два процесса: выход катионов металла в раствори вход катионов металла в кристаллическую решетку со временем установится равновесие между движением катионов металла из раствора ив раствор Me + mH 2 O Me n+ (H 2 O) m + ne- ПР заряд на цинковом электроде Zn – если в раствор соли погрузить металлический электрод, тона границе металл-раствор возникнет двойной электрический слой у электродов из активного металла будет преобладать выход катионов металла в раствор атомы активного металла будут терять е- ив виде катионов уходить в раствор выходу катионов в раствор будут препятствовать катионы металла, уже присутствующие в растворена металлическом электроде возникнет (электрический зарядили электродный потенциал электрический заряд на электроде удержит катионы металла в растворе у границы раздела металл -раствор на границе металл-раствор возникнет двойной электрический слой на поверхности металла (электрический заряд – в растворе у поверхности металла (электрический заряд возникшее электрическое поле будет препятствовать дальнейшему выходу катионов металла в раствор со временем установится электрохимическое равновесие между атомами металла и его ионами в растворе ПР электродный потенциал в системе Zn 2+ /Zn на цинковом электроде произойдет окисление цинка и растворение цинкового электрода Zn Zn 2+ + е- G=-146 КДж энергия гидратирования Zn 2+ израсходуется на разрыв связей катиона Zn 2+ в кристаллической решетке энергия гидратирования катиона Zn 2+ больше энергии связей катиона Zn 2+ в кристаллической решетке самопроизвольно пойдет процесс растворения цинкового электрода у электродов из неактивного металла будет преобладать вход катионов металла в кристаллическую решетку катионы неактивного металла из раствора будут переходить в кристаллическую решетку металла входу катионов в кристаллическую решетку будут препятствовать катионы металла, уже присутствующие в решетке на металлическом электроде возникнет (электрический зарядили электродный потенциал электрический заряд на электроде удержит анионы кислотных остатков в растворе у границы металл-раствор на границе металл-раствор возникнет двойной электрический слой на поверхности металла (электрический заряд – в растворе у поверхности металла (электрический заряд возникшее электрическое поле будет препятствовать дальнейшему входу катионов металла в решетку со временем установится электрохимическое равновесие между атомами металла и его ионами в растворе ПР электродный потенциал в системе Сна медном электроде произойдет восстановление ионов меди и осаждение меди на электроде 8 Cu 2+ + е -66 КДж энергия связей в кристаллической решетке израсходуется на разрыв связей в гидратированном ионе энергия связей в кристаллической решетке больше энергии связей Cu 2+ в гидратированном ионе самопроизвольно пойдет процесс осаждение меди уравнение Нернста для электродного потенциала электродный потенциал зависит от природы металла, активности катионов металла в растворе и температуры работа по переносу 1 моля катионов металла из раствора на электрод рассчитывается по формуле A = n F, где n - заряд катиона, – эдс элемента, F – число Фарадея работа по переносу заряда равна изменению изобарно-изотермического потенциала электрода изменение изобарно-изотермического потенциала электрода рассчитывается по формуле итого уравнение Нернста для расчёта электродного потенциала выражение при постоянной температуре – постоянная величина, зависимая от свойств металла уравнение Нернста принимает вид если считать, что активность металла в твердом состоянии равна единице аМ =1, то уравнение Нернста принимает вид для разбавленных растворов коэффициент активности ионов равен 1, поэтому активность ионов равна концентрации ионов, и уравнение Нернста принимает вид где n - заряд катиона, F - число Фарадея F =96500 Кл/моль, R – газовая постоянная R =8,31 Дж/моль К, T – абсолютная температура в К анализ уравнения Нернста - электродный потенциал зависит от природы металла (зависит от 0 ), от концентрации катионов металла в растворе, от температуры стандартный электродный потенциал в уравнении Нернста 0 - стандартный электродный потенциал стандартный электродный потенциал – потенциал металла на границе раздела металл-раствор соли металла, когда активность катионов металла равна единице аМе n+ =1 стандартный электродный потенциал измеряется в стандартных условиях вцепи с электродом сравнения стандартные условия М р-р соли, Т=25 С или Т=298 К, стандартный водородный электрод сравнения если металлы расположить в порядке убывания их стандартных потенциалов, образуется ряд стандартных потенциалов Li K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au в ряду справа налево растут восстановительные св-ва металлов - способность отдавать е- и переходить в р-р значение ряда стандартных потенциалов в том, что он характеризует хим.свойства металлов - взаимодействие металлов с кислотами с вытеснением водорода - взаимодействие металлов с солями металлов с вытеснение неактивных металлов из растворов их солей - порядок восстановления ионов при электролизе растворов солей - скорость коррозии(скорость тем больше, чем больше разность потенциалов соприкасающихся металлов) условие применения ряда стандартных электродных потенциалов – ОВ реакции вводных растворах электрохимический ряд напряжений отражает способность атомов образовывать в р-рах гидратированные ионы, он зависит от соотношения энергии на разрушение кристаллической решётки, энергии на ионизацию атома, энергии на гидратацию иона, поэтому Li занимает особое место из-за большой энергии гидратации иона Li + гальванические элементы гальванический элемент – источник электрического тока гальванический элемент состоит из электродов с разными электродными потенциалами электродные потенциалы зависят от природы металла-концентрации раствора соли-температуры ПР элемент Якоби-Даниэля, концентрационный гальванический элемент характеристика гальванического элемента как источника электрического тока – эдс эдс гальванического элемента - работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда n Ме a Ме a nF RT K nF RT Ме n Ме ln ln / n Ме a Ме a RT K RT G ln ln n Ме a Ме a RT K RT F n ln ln K nF RT Ме n Ме ln / 0 n Ме a Ме a nF RT Ме n Ме n Ме a Ме a nF RT K nF RT Ме n Ме ln / ln ln / 0 ] ln[ ln ln ln ln ln n Ме nF RT n сМе nF RT n аМе nF RT n Ме a Ме a nF RT n Ме a Ме a nF RT K nF RT 0 0 0 0 n Ме a nF RT n Ме a Ме a nF RT n Ме a Ме a nF RT K nF RT ln ln ln ln 0 0 9 сторонние силы – неэлектрические силы в гальваническом элементе, которые вызывают электродные потенциалы эдс цепи гальванического элемента рассчитывается по формуле Е = 1 – если учитывать диффузионный потенциал в гальваническом элементе, то эдс рассчитывается по формуле Е = 1 – 2 + если учитывать контактный потенциал между контактом медного и цинкового электродов во внешней цепи, то эдс рассчитывается по формуле Е = 1 – 2 + D + концентрационный гальванический элемент такой элемент образован электродами из одного металла, погруженных в р-ры своих ионов разной активности для разбавленных растворов коэффициент активности ионов равен 1, поэтому активность ионов равна концентрации ионов, и можно считать, что элемент образован электродами из одного металла, погруженных в р-ры своих солей разной концентрации ПР серебряные электроды в растворах соли нитрата серебра разной концентрации у электрода в растворе более концентрированной соли будет преобладать вход катионов металла в решетку заряд такого электрода будет (+) у электрода в растворе менее концентрированной соли будет преобладать выход катионов металла в раствор заряд такого электрода будет (-) при замыкании цепи возникнут два потока зарядов - в проводнике внешней цепи потоке- от (электрода к (электроду - в растворе солей поток катионов и анионов в растворах солей и по солевому мостику потенциалы на электродах и разность потенциалов будут поддерживаться - процессом выхода катионов металла в раствор – растворением (электрода - процессом входа катионов металла в кристаллическую решетку – осаждением металла на электроде источник электрической энергии концентрационного элемента – процесс выравнивании концентрации солей |