химия сессия. Основные понятия химии

Название	Основные понятия химии
Анкор	химия сессия.docx
Дата	16.12.2017
Размер	128.3 Kb.
Формат файла
Имя файла	химия сессия.docx
Тип	Документы #11711
страница	4 из 5

1 2 3 4 5

41. Степень и константа гидролиза солей.

Под степенью гидролиза подразумевается отношение части соли, подвергающейся гидролизу, к общей концентрации её ионов в растворе. Обозначается α (или h_гидр);
α = (c_гидр/c_общ)·100 %
где c_гидр — число молей гидролизованной соли, c_общ — общее число молей растворённой соли.
Степень гидролиза соли тем выше, чем слабее кислота или основание, её образующие.

Является количественной характеристикой гидролиза.

Константа гидролиза — константа равновесия гидролитической реакции. Так константа гидролиза соли равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции гидролиза к равновесной концентрации соли с учетом стехиометрических коэффициентов.

K_г=K/K_д(слаб. электролита)

42. Активность и ионная сила растворов. Связь между коэффициентом активности и ионной силой раствора.

Активность компонентов раствора — эффективная (кажущаяся) концентрация компонентов с учётом различных взаимодействий между ними в растворе. a=fc

Ионная сила раствора — мера интенсивности электрического поля, создаваемого ионами в растворе. μ=∑C_iZ_i²

При μ≤0,01 f рассчитывают по уравнению Дебая-Хюккеля: lgf=-0,509Z²

При высоких ионных силах f рассчитывается по формуле Дэвиса:

lgf=Z²[0,2 μ - ]
43. ОВР. Определение, классификация.

ОВР – реакция, сопровождающаяся перемещением электронов от одних частиц к другим.

Межмолекулярные овр – реакции, протекающие с изменением степени окисления элемента в разных молекулах.

Внутримолекулярные овр – реакции, протекающие с изменением степени окисления разных элементов в одной и той же молекуле. В основном сюда относят реакции термического разложения.

Реакции диспропорционирования (дисмутации) – реакции, протекающие с одновременным увеличением и уменьшением с.о одного и того же элемента.

Реакции конпропорционирования (усреднение с.о) – внутримолекулярная овр, в ходе которой происходит выравнивание с.о атома одного и тго же элемента.
44. Понятие об электродном потенциале.

Электро́дный потенциа́л — разность электрических потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом (чаще всего между металлом и раствором электролита).

Возникновение электродного потенциала обусловлено переносом заряженных частиц через границу раздела фаз, специфической адсорбцией ионов, а при наличии полярных молекул (в том числе молекул растворителя) — ориентационной адсорбцией их. Величина электродного потенциала в неравновесном состоянии зависит как от природы и состава контактирующих фаз, так и от кинетических закономерностей электродных реакций на границе раздела фаз.

Равновесное значение скачка потенциалов на границе раздела электрод/раствор определяется исключительно особенностями электродной реакции и не зависит от природы электрода и адсорбции на нём поверхностно-активных веществ. Эту абсолютную разность потенциалов между точками, находящимися в двух разных фазах, нельзя измерить экспериментально или рассчитать теоретически.
45. Электродный потенциал. Уравнение Нернста.

Электро́дный потенциа́л — разность электрических потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом (чаще всего между металлом и раствором электролита).

Вывод уравнения Нернста

$e = e^0 + \frac{rt}{nf} \ln\frac{a_{\rm{ox}}}{a_{\rm{red}}}$ , где

E — электродный потенциал, E0 — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;

R— универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

T — абсолютная температура;

F — постоянная Фарадея, равная 96485,35 Кл·моль⁻¹;

т — число моль электронов, участвующих в процессе;

$\ {a_{\rm{ox}}}$ и $\ {a_{\rm{red}}}$ — активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции.

Если в формулу Нернста подставить числовые значения констант R и F и перейти от натуральных логарифмов к десятичным, то при $t=298{\rm k}$ получим

$e = e^0 + \frac{0,059}{n} \lg\frac{a_{\rm{ox}}}{a_{\rm{red}}}$
46. Газовые электроды. Уравнение Нернста для расчета потенциалов газовых электродов

Газовые электроды состоят из проводника 1-го рода, контактирующего одновременно с газом и раствором, содержащим ионы этого газа. Проводник 1-го рода служит для подвода и отвода электронов и, кроме того, является катализатором электродной реакции (ускоряет установление равновесия на электроде). Проводник 1-го рода не должен посылать в раствор собственные ионы. Лучше всего удовлетворяют этому условию платина и платиновые металлы, поэтому они чаще всего используются при создании газовых электродов. Так как в равновесных электродных реакциях газовых электродов участвуют газообразные компоненты, то электродные потенциалы этих электродов зависят от парциальных давлений газов. Это можно показать на примерах водородного и кислородного электродов. Равновесие на водородном электроде выражается уравнением 2Н⁺+3е↔Н₂. Уравнение для расчетов потенциалов водородного электрода можно вывести так же, как было введено уравнение для расчета потенциала металлического электрода. Оно имеет вид: = или для 298 К lg

47. Гальванический элемент. Расчет ЭДС гальванического элемента.

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ - химический источник тока, в котором лектрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакцией. В состав гальванического элемента входят два разнородных электрода (один - содержащий окислитель, другой - восстановитель), контактирующие с электролитом. Различают гальванические элементы одноразового использования (т. н. первичные элементы, напр. Лекланше элемент), многоразового действия (электрические аккумуляторы) и с непрерывной подачей реагентов (топливные элементы). Ранее термин "гальванический элемент" относился только к первичным элементам.

ЭДС гальванического элемента определяется как разность электродных потенциалов.
По уравнению НЕРНСТА

48. Концентрационная и электрохимическая поляризация.

Концентрационная поляризация. Изменение потенциала электрода вследствие изменения концентрации реагентов в приэлектродном слое при прохождении тока называется концентрационной поляризацией. В свою очередь изменение концентрации реагирующих веществ в приэлектродном слое вызывается замедленностью подвода реагентов к электроду или отвода продуктов реакции от электрода. Так как по уравнению Нернста потенциал электрода пропорционален логарифму активности ионов (в разбавленных растворах-концентрации ионов), то концентрационная поляризация должна быть пропорциональна разности логарифмов активностей (концентраций) ионов в при электродном слое а_s и в объеме раствора a_v:

Электрохимическая поляризация. Изменение потенциала, обусловленное замедленностью собственно электрохимических стадий реакций, называется электрохимической поляризацией. Крупный вклад в разработку теории замедленной электрохимической стадии разряда внес российский ученый А.Н.Фрумкин. Замедленность электрохимических стадий объясняется существенной перестройкой структуры реагирующих частиц в ходе реакции. Как и при химической реакции, электрохимические процессы происходят лишь тогда, когда реагирующие частицы обладают энергией, которая больше или равна энергии активации.
49. Электролиз. Законы Фарадея.

Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом — отрицательный^[1]. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.

Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения алюминия, водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений^{[источник не указан 1303 дня]}, диоксида марганца^[2], пероксида водорода. Большое количество металлов извлекаются из руд и подвергаются переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование). Также, электролиз является основным процессом, благодаря которому функционирует химический источник тока.

Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации).

Примеры Расплавы

1) Активные металлы

1.Соль активного металла и бескислородной кислоты

NaCl ↔ Na⁺ + Cl⁻

K"катод"(-): Na⁺ + 1e = Na⁰

A"анод"(+): Cl⁻ — 1e = Cl⁰; Cl⁰+Cl⁰=Cl₂

Вывод: 2NaCl → (электролиз) 2Na + Cl₂

2.Соль активного металла и кислородосодержащей кислоты

Na₂SO₄↔2Na⁺+SO₄²⁻

K(-): 2Na⁺ +2e =2Na⁰

A(+): 2SO₄²⁻ −4e =2SO₃+O₂

Вывод: 2Na₂SO₄ → (электролиз) 4Na + 2SO₃ + O₂

3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион

NaOH ↔ Na⁺ + OH⁻

K(-): Na⁺ +1e =Na⁰

A(+): 4OH⁻ −4e =2H₂O + O₂

Вывод: 4NaOH → (электролиз) 4Na + 2H₂O + O₂

2) Менее активные металлы

Точно так же

3) Неактивные металлы

Точно так же Растворы

1) Активные металлы

1.Соль активного металла и бескислородной кислоты

NaCl ↔ Na⁺ + Cl⁻

K"катод"(-): 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH⁻

A"анод"(+): Cl⁻ — 1e = Cl⁰; Cl⁰+Cl⁰=Cl₂

Вывод: 2NaCl + 2H₂O(электролиз) → H₂ + Cl₂ +2NaOH

2.Соль активного металла и кислородсодержащей кислоты

Na₂SO₄↔2Na⁺+SO₄²⁻

K(-): 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH⁻

A(+): 2H₂O — 4e = O₂ + 4H⁺

Вывод: 2H₂O (электролиз) → 2H₂ + O₂

3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион

NaOH ↔ Na⁺ + OH⁻

K(-): 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH⁻

A(+): 2H₂O — 4e = O₂ + 4Н⁺

Вывод: 2H₂O (электролиз) → 2H₂ + O₂

Законы Фарадея

Первый закон Фарадея

В 1832 году Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:
$m=k\cdot q=k\cdot i\cdot t$
если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

Второй закон Фарадея

Электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквиваленты.

Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент

$k \ = \ { 1 \over f } \cdot { a \over z }$

где F — постоянная Фарадея.

Второй закон Фарадея записывается в следующем виде:

$</h2>m=\frac{m{\cdot}i{\cdot}{\delta}t}{n{\cdot}f}$

где M — молярная масса данного вещества, образовавшегося (однако не обязательно выделившегося — оно могло и вступить в какую-либо реакцию сразу после образования) в результате электролиза, г/моль; I — сила тока, пропущенного через вещество или смесь веществ (раствор, расплав), А; dt— время, в течение которого проводился электролиз, с; F — постоянная Фарадея, Кл·моль⁻¹; n — число участвующих в процессе электронов, которое при достаточно больших значениях силы тока равно абсолютной величине заряда иона (и его противоиона), принявшего непосредственное участие в электролизе (окисленного или восстановленного). Однако это не всегда так; например, при электролизе раствора соли меди(II) может образовываться не только свободная медь, но и ионы меди(I) (при небольшой силе тока).
50. Электролиз. Выход по току. Электролиз с нерастворимым и растворимым анодами.

Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда (Q_f) к теоретически необходимому (Q_t) для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса (m_f).

$b_{q}=\frac{q_{f}}{q_{t}}100%$

Иногда выход по току рассчитывается как отношение массы при фактическом массопереносе m_f к теоретическому массопереносу m_t, рассчитанному по закону Фарадея:

$b_{m}=\frac{m_{f}}{m_{t}}100%$

Для случая осаждения массы на электроде выход по току оказывается всегда выше 1. Для случая растворения материала электрода выход по току оказывается всегда ниже 1.

Выход по току связан с электрохимическим эквивалентом.

Электролиз с нерастворимым и растворимым анодами.

Если потенциал металлического анода имеет более отрицательное значение, чем потенциал окисления ионов ОН^- или других веществ, присутствующих в растворе, в газовой фазе около электрода или на электроде, то происходит растворение металла. При этом протекает процесс с растворимым анодом. Если потенциал металлического анода близок к потенциалу других электродных процессов, то наряду с растворением металла на аноде протекают также другие процессы, например, разряд ионов ОН^-.

При электролизе с нерастворимым анодом на электроде может окисляться или ион ОН^-, или другие ионы, или недиссоциированные молекулы восстановителей, присутствующие в растворе.
1 2 3 4 5