Конспект лекций Навои-07. Гоу впо Уральский государственный технический университет упи С. Д. Ващенко, О. А. Антропова
 Скачать 490.5 Kb.
|
6.4. Химические источники токаХимические источники тока (ХИТ) – это системы для непосредственного превращения химической энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую. В настоящее время существует очень большое число типов ХИТ: гальванические, комбинированные, резервные, топливные элементы, аккумуляторы. Основной отличительной особенностью аккумуляторов является то, что реакции, протекающие в них, являются обратимыми, поэтому их можно заряжать и использовать не один раз. Условное обозначение ХИТ: (а) / электролит // электролит / (к) или (а) / электролит / (к) , где (а) – материал анода (электрода, на котором идет процесс окисления); (к) – материал катода (электрода, на котором идет процесс восстановления); / – поверхность раздела электролит - раствор или расплав электролита; // – поверхности раздела пространственно удалены друг от друга. При работе источников тока в них протекают достаточно сложные, многостадийные процессы. Условия, необходимые для получения электрического тока в ХИТ:
Далее будут рассмотрены примеры только гальванических элементов. Пример 1. Схема гальванического элемента: Zn / ZnSO4 // H2SO4 / H2 (Pt) . Слева – цинковый электрод, погружённый в раствор сульфата цинка, справа – стандартный водородный электрод (платиновая пластина в растворе серной кислоты). Условия работы гальванического элемента будем считать стандартными, т.е. потенциал электрода из цинка  потенциал водородного (платинового) электрода  В. Условие самопроизвольного протекания окислительно-восстановительной реакции - >  , следовательно, на правом электроде будет идти полуреакция восстановления (платина - катод), а на левом – окисления (цинк - анод): анодный процесс - Zn - 2ē = Zn2+; катодный процесс - 2Н+ + 2ē = Н2 . Ионное и молекулярное уравнения реакции, на которой основана работа гальванического элемента: Zn + 2Н+ = Zn2+ + Н2 ; Zn + Н2SO4 = ZnSO4 + Н2 . Электроны, отдаваемые цинком, по внешней цепи перемещаются к катоду, а в противоположном направлении, по внутренней цепи, перемещаются отрицательно заряженные ионы SO42—:    ē () (+) (а) Zn / ZnSO4 // H2SO4 / H2 (Pt) (к) S   O42— ЭДС любого ХИТ рассчитывается как разность  = . Значение ЭДС должно быть больше нуля.Пример 2. Схема гальванического элемента: Al / Al2(SO4)3 0,005M // KСlO3; KCl; H2SO4 / (C) Слева – алюминиевый электрод, погружённный в раствор сульфата алюминия с концентрацией 0,005 моль/л (при обозначении молярной концентрации обозначение размерности моль/л часто заменяют буквой М), справа – графитовый электрод в растворе двух солей при стандартных условиях. Потенциал алюминиевого электрода необходимо рассчитать по уравнению (2):  .В условиях указана концентрация соли, ионы алюминия образуются при её диссоциации: Al2(SO4)3 = 2Al3+ + 3SO42—, поэтому [Al3+] = =  . Таким образом, .Потенциал на графитовом электроде равен стандартному потенциалу окислительно-восстановительной пары СlO3—/Cl—:  =1,45 В. >  , т.е. в левом полуэлементе находится восстановитель (идёт полуреакция окисления, алюминий – анод), в правом – окислитель (идёт полуреакция восстановления, графитовый электрод – анод).Анодный процесс Al 3ē = Al3+ 2 катодный процесс - СlO3— + 6H+ + 6ē = Cl— + 3H2O 1 Ионное и молекулярное уравнения реакции: 2Al + ClO3— + 6H+ = 2Al3+ + Cl— + 3H2O, 2Al + KClO3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + KCl + 3H2O. Условная схема работы гальванического элемента: ē  () (+) (а) Al / Al2(SO4)3 // KСlO3; KCl; H2SO4 / (C) (к) SO42— ЭДС = 1,45 – (-1,70) = 3,15 В. Учебное издание Сергей Дмитриевич Ващенко Ольга Алексеевна Антропова Евгения Алексеевна Никоненко Мария Петровна Колесникова Ольга Сергеевна Анисимова Николай Михайлович Титов ХИМИЯ Редактор издательства Компьютерная верстка С.Д.Ващенко, О.А.Антропова  Подписано в печать Формат 60х84 1/16 Бумага типографская Офсетная печать Усл. печ. л. Уч.-изд. л. Тираж Заказ Цена «С» Редакционно-издательский отдел Типография |