Յուրաքանչյուր ռեդոքս ռեակցիայի մեջ, ներառյալ ռեակցիան

Zn + CuSO 4 \u003d ZnSO 4 + Cu (1)

ներգրավված են երկու ռեդոքս զույգեր՝ վերականգնող նյութ (Zn) և դրա օքսիդացված ձևը (Zn 2+); օքսիդացնող նյութ (Cu 2+) և դրա կրճատված ձևը (Cu): Տրված զույգի ռեդոքսի հզորության չափումը ռեդոքսի կամ էլեկտրոդի ներուժն է, որը նշանակվում է , որտեղ Ox-ը օքսիդացված ձևն է, Կարմիրը կրճատված ձևն է (օրինակ՝ , ): Հնարավոր չէ չափել ներուժի բացարձակ արժեքը, ուստի չափումները կատարվում են ստանդարտի համեմատ, օրինակ, ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդի հետ:

Ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդբաղկացած է պլատինե ափսեից, որը պատված է բարակ պլատինի փոշով, ընկղմված ծծմբաթթվի լուծույթում, որի կոնցենտրացիան ջրածնի իոնների հավասար է 1 մոլ/լ: Էլեկտրոդը լվանում են գազային ջրածնի հոսանքով 1,013 10 5 Պա ճնշման տակ 298 Կ ջերմաստիճանում: Պլատինի մակերևույթի վրա հոսում է շրջելի ռեակցիա, որը կարող է ներկայացվել որպես.

2H + + 2 Û H 2:

Նման էլեկտրոդի ներուժը ընդունված է որպես զրո: B (պոտենցիալ հարթություն - վոլտ):

Չափված կամ հաշվարկված ստանդարտ պոտենցիալները մեծ թվովռեդոքս զույգեր (կես ռեակցիաներ) և տրված են աղյուսակներում: Օրինակ, . Ինչպես ավելինարժեք, հատկապես ուժեղ օքսիդացնող նյութայս զույգի օքսիդացված ձևն է (Ox): Ինչպես ավելի քիչպոտենցիալ արժեք, հատկապես ուժեղ նվազեցնող նյութռեդոքս զույգի կրճատված ձևն է (Կարմիր):

Մետաղների մի շարք, որոնք դասավորված են իրենց ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների աճման կարգով, կոչվում են Մետաղների լարումների էլեկտրաքիմիական շարք (մետաղների ակտիվության շարք).

Li Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb Հ Bi Cu Ag Hg Au

E0< 0 E 0 =0 E 0 > 0

Շարքը սկսվում է ամենաակտիվ մետաղներով (ալկալային), և ավարտվում է «ազնիվ», այսինքն. դժվար օքսիդացող մետաղներ. Որքան ձախ կողմում մետաղները լինեն շարքում, այնքան ամուր վերականգնող հատկություններնրանք ունեն, նրանք կարող են մետաղները տեղափոխել աջ աղի լուծույթներից: Ջրածնից առաջ տեղակայված մետաղները այն տեղահանում են թթվային լուծույթներից (բացառությամբ HNO 3 և H 2 SO 4 կոնցենտրացիան):

Այն դեպքերում, երբ համակարգը գտնվում է ոչ ստանդարտ պայմաններում, արժեքը

,

որտեղ է համակարգի ներուժը ոչ ստանդարտ պայմաններում, V;

համակարգի ներուժն է ստանդարտ պայմաններում, V;

R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է (8,31 Ջ/մոլ Կ);

T - ջերմաստիճան, K;

n-ը գործընթացում ներգրավված էլեկտրոնների թիվն է.

F-ը Ֆարադայի թիվն է (96500 Կ/մոլ);

A, c-ն պրոցեսի մասնակիցների օքսիդացված և նվազած ձևերի կոնցենտրացիաների (մոլ/լ) արտադրյալն են՝ բարձրացված մինչև ստոիխիոմետրիկ գործակիցների:

Համակենտրոնացումներ պինդ նյութերիսկ ջուրը վերցվում է որպես միավոր։

298 Կ ջերմաստիճանում, R-ի և F-ի թվային արժեքները փոխարինելուց հետո,

Nernst հավասարումը ստանում է ձև.

. (2)

Այսպիսով, կիսա-արձագանքի համար

Û

Ներնստի հավասարումը

Օգտագործելով էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքները, հնարավոր է որոշել ռեդոքս ռեակցիայի ինքնաբուխ առաջացման ուղղությունը: Redox-ի ընթացքում էլեկտրոնները միշտ տեղափոխվում են վերականգնող նյութ պարունակող զույգից դեպի օքսիդացնող նյութ պարունակող զույգ։ Նշանակել

Օքսիդացնող նյութ պարունակող զույգի էլեկտրոդային ներուժը.

OVR-ի ստանդարտ պայմաններում ինքնաբուխ առաջացման հնարավորությունը հաստատելու համար, բացի EMF-ը հաշվարկելուց, կարելի է օգտագործել ΔG 0 298-ի հայտնաբերումը այս ռեակցիայի համար: ∆G 0 298-ի բացասական արժեքը, ինչպես նաև EMF-ի դրական արժեքը ցույց են տալիս, որ ստանդարտ պայմաններում 298 K ջերմաստիճանում այս ռեակցիան կարող է ընթանալ ինքնաբուխ, առանց դրսից էներգիա մատակարարելու:

OVR-ի հետադարձելի իրականացման դեպքում p = const և V = const պայմաններում, Գիբսի էներգիայի փոփոխությունը հավասար կլինի համակարգի կողմից իրականացվող Ael.-ի էլեկտրական աշխատանքին:

∆G 0 = - Աել.

OF զույգի պոտենցիալը հաշվարկվում է ըստ Ներիստի հավասարման, որը կարող է ներկայացվել որպես

E \u003d E 0 + 0,059 ա օքսիդացված:

N lg մի վերականգնել

EMF \u003d E 0 օքսիդ: – E 0 վերականգնում: ; Հղվ. / Արտադր. = 1/K

Հավասարակշռության վիճակում ռեակտիվների և արտադրանքների գործունեությունը ձեռք կբերի հավասար արժեքներ, և EMF-ը հավասար կլինի զրոյի, իսկ լոգարիթմի նշանի տակ արտահայտությունը 1/K է, այնուհետև ln1/K = ln1 - lnK: ; ln1=0

O = ∆E 0 +(R T/ n F) ln

ΔЕ 0 - (R T/n F) lnK

կամ +n ∙ F Δ E 0 = RT lnK

- n F ΔE 0 = ΔG

Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքին համապատասխան, միայն գործընթացները, որոնք ունեն Δ Գ<0, то реакция ОВР идет слева направо, только если ЭДС>0.

∆Gp = -RT lnK = -nF ∆E 0

Եթե ​​ուժեղ օքսիդացնող նյութը փոխազդում է ուժեղ վերականգնող նյութի հետ, ապա տեղի է ունենում միակողմանի գործընթաց: Այն գործնականում հոսում է մինչև վերջ, քանի որ դրա արտադրանքը սովորաբար միացություններ են՝ թույլ արտահայտված ռեդոքս հատկություններով: Ելակետային նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքների ռեդոքս ակտիվության փոքր տարբերությամբ գործընթացը երկկողմանի է: Համար քանակականացումԳործընթացների կողմնորոշման համար օգտագործվում են ռեակտիվների և ռեակցիայի արտադրանքների G 0 արժեքները, իսկ OVR-ի հատուկ դեպքի համար, որը տեղի է ունենում նոսր ջրային լուծույթներում t = 25 0 C, 101 կՊա, կարող եք օգտագործել նորմալ արժեքները: էլեկտրոդների պոտենցիալները.

Համեմատելով համապատասխան համակարգերի էլեկտրոդների պոտենցիալները՝ հնարավոր է նախապես որոշել, թե որ ուղղությամբ կշարունակվի OVR-ը:

Ստանդարտ emf Գալվանական բջիջի E 0-ը կապված է բջջում տեղի ունեցող ռեակցիայի Գիբսի ստանդարտ էներգիայի Δ G 0-ի հետ:

∆G 0 =-nF ∆E 0

Մյուս կողմից, ∆G 0 հավասարման միջոցով կապված է ռեակցիայի K հավասարակշռության հաստատունին:

n F ΔE 0 = 2.3 RT lgK

logK = n ∙F Δ E 0 / 2.3 RT

lgK \u003d n ∙ Δ E 0 / 0,059

Այս աշխատանքը կարող է տրվել որպես էլեկտրաէներգիայի քանակություն nF փոփոխական այս գործընթացի ընթացքում (n-ը տարրական ռեակցիայի ընթացքում վերականգնող նյութից օքսիդացնող նյութ անցնող էլեկտրոնների թիվն է, F-ը Ֆարադեյի հաստատունն է), բազմապատկված պոտենցիալ տարբերությամբ E-ի միջև։ համապատասխան գալվանական բջիջի էլեկտրոդներ:

ΔG= - n F ΔE

OVR-ի համար T \u003d 298 ΔG 0 \u003d - n F ΔE 0-ում

Համակարգի համար ստանդարտից բացի այլ պայմաններով

Եզ + նե↔Կարմիրէլեկտրոդի ներուժը որոշվում է Nernst հավասարմամբ

E o x / Կարմիր \u003d E 0 0 x / Կարմիր - (RT / n F) ln (C (Կարմիր) / C (Ox))

E ox / Red և E 0 ox / Red - համակարգի էլեկտրոդ և ստանդարտ պոտենցիալներ:

n-ը գործընթացում ներգրավված էլեկտրոնների թիվն է:

C(Red) և C ox-ը կրճատված և օքսիդացված ձևերի մոլային կոնցենտրացիաներն են:

E ox / Red \u003d E 0 ox / Red - (0,059 / n) lg C (Կարմիր) / С (Ox)

կամ

Օրինակ:

MnO 4 համակարգի համար - + 8H + + 5e ↔ Mn 2+ + 4H 2 O

E MnO - 4 / Mn 2+ \u003d 1.51 - (0.059 / 5) lg (C Mn 2+ / C MnO - 4 C (H +) 8)

Ընտրեք կալիումի հալոգենիդը՝ որպես FeCl 3-ի վերականգնող նյութ

2KG - + 2 Fe 3+ Cl 3 (P) = G 0 2 + 2KCl (P) + 2 Fe 2+ Cl 2 (P)

(G \u003d F -, Cl -, Br -, I -)

Ըստ աղյուսակի՝ E 0 Fe 3+/ Fe +2 = +0.77B

E 0 F2/2F- = + 2,86B

E 0 Cl2/2Cl- = + 1.36B

E 0 Br2/2Br- = +1,07B

E 0 I 2/2 I - = +0,54B< 0.77 B

Եկեք հաշվարկենք emf-ը: ներառելով հոլոգենիդներ KI-ի համար

ΔE 0 298 = E 0 օքսիդ: – E 0 վերականգնում: \u003d 0.77 - 0.54 \u003d 0.23V\u003e 0. Միայն կալիումի յոդիդը

ռեակցիայի Գիբսի էներգիայի փոփոխություն

ΔGreactions = ∑ΔG0298f (վերջնական) - ∑ΔG0298f (սկզբնական)

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + H2O ռեակցիայի օրինակով

Գիբսի էներգետիկ կրթություն

ΔԳերակցիաներ=[ΔGNa2SO4+ΔGH2O] - [ΔGH2SO4+ΔGNaOH*2]

Գալվանական բջիջը լայնորեն օգտագործվում է հեռախոսների, խաղալիքների, ահազանգման համակարգերում և այլն: Քանի որ չոր բջիջներ օգտագործող սարքերի շրջանակը շատ լայն է, և, ի լրումն, դրանց պարբերական փոխարինումը պահանջվում է:

Էլեկտրոլիզը գործընթացների մի շարք է, որոնք տեղի են ունենում էլեկտրոդների վրա, երբ էլեկտրական հոսանք անցնում է էլեկտրոլիտային լուծույթով կամ հալեցնում: Էլեկտրոլիտները երկրորդ տեսակի հաղորդիչներ են։ Էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդը ծառայում է որպես վերականգնող նյութ (էլեկտրոններ է նվիրում կատիոններին), իսկ անոդը՝ որպես օքսիդացնող նյութ (էլեկտրոններ ընդունում անիոններից)։ Էլեկտրոլիզի էությունը էլեկտրական էներգիայի շնորհիվ քիմիական ռեակցիաների իրականացումն է՝ կաթոդում կրճատում (K) և օքսիդացում անոդում (A): Այս պրոցեսները կոչվում են էլեկտրավերականգնման և էլեկտրաօքսիդացման գործընթացներ (ռեակցիաներ): Էլեկտրական հոսանքի նվազեցնող և օքսիդացնող ազդեցությունը շատ անգամ ավելի ուժեղ է, քան քիմիական օքսիդացնող և վերականգնող նյութերի գործողությունը: Կան հալվածքների և էլեկտրոլիտային լուծույթների էլեկտրոլիզ։

Հալած աղերի էլեկտրոլիզ

1) Բոլոր մետաղական կատիոնները կրճատվում են կաթոդում.

K(-): Zn2+ + 2e- → Zn0; Na+ + 1e- → Na0

2) Թթվածնազուրկ թթուների անիոնները օքսիդանում են անոդում.

A(+): 2Cl¯ - 2e-→Cl2

3) Թթվածին պարունակող թթուների անիոնները կազմում են համապատասխան թթվային օքսիդը և թթվածինը.

A(+): 2SO42ˉ - 4e- → 2SO3 + O2

Էլեկտրոլիտների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզ

Էլեկտրոլիզի գործընթացի ընթացքի և բնույթի մասին վերջնական արտադրանքՄեծ ազդեցություն ունեն լուծիչի բնույթը, էլեկտրոդների նյութը, դրանց վրա հոսանքի խտությունը և այլ գործոններ։ Էլեկտրոլիտների ջրային լուծույթներում, բացի հիդրատացված կատիոններից և անիոններից, կան ջրի մոլեկուլներ, որոնք կարող են ենթարկվել նաև էլեկտրաքիմիական օքսիդացման և վերականգնման։ Ինչ էլեկտրաքիմիական գործընթացներ տեղի կունենան էլեկտրոդների վրա էլեկտրոլիզի ժամանակ, կախված է համապատասխան էլեկտրաքիմիական համակարգերի էլեկտրոդային պոտենցիալների արժեքից:

անոդային գործընթացներ.

Նյութերի էլեկտրոլիզում օգտագործվում են էլեկտրոլիզի ընթացքում չփոխվող իներտ անոդներ (գրաֆիտ, պլատին) և լուծվող անոդներ, որոնք էլեկտրոլիզի ժամանակ ավելի հեշտ են օքսիդանում, քան անիոնները (ցինկից, նիկելից, արծաթից, պղնձից և այլ մետաղներից)։

1) Թթվածնազուրկ թթուների անիոնները (S2ˉ, I¯, Br¯, Cl¯) իրենց բավարար կոնցենտրացիայում հեշտությամբ օքսիդանում են համապատասխան պարզ նյութերին:

2) ալկալիների, թթվածին պարունակող թթուների և դրանց աղերի, ինչպես նաև ֆտորաթթվի և ֆտորիդների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակ թթվածնի արտազատմամբ տեղի է ունենում ջրի էլեկտրաքիմիական օքսիդացում.

ալկալային լուծույթներում՝ 4OH¯ - 4e- → O2 + 2H2O

թթվի մեջ և չեզոք լուծումներ 2H2O - 4e- → O2 + 4H+

Էլեկտրոլիզի կիրառում. Էլեկտրոլիզի միջոցով թիրախային արտադրանք ստանալը համեմատաբար հեշտ է (հոսանքի ուժը կարգավորելու միջոցով) վերահսկել գործընթացի արագությունն ու ուղղությունը, ինչը հնարավորություն է տալիս գործընթացներ իրականացնել ինչպես առավել «փափուկ», այնպես էլ ծայրահեղ «ծանր» պայմաններում: օքսիդացում կամ վերականգնում՝ ստանալով ամենաուժեղ օքսիդացնողները և վերականգնող նյութերը։ Էլեկտրոլիզով H2-ը և O2-ը ստացվում են ջրից, C12-ը՝ NaCl-ի ջրային լուծույթներից, F2-ը՝ KF-ի հալոցքից՝ դառնալով KH2F3:

Հիդրոէլեկտրոմետալուրգիան գունավոր մետաղների մետալուրգիայի կարևոր ճյուղ է (Сu, Bi, Sb, Sn, Pb, Ni, Co, Cd, Zn); օգտագործվում է նաև ազնիվ և ցրված մետաղներ ստանալու համար, Mn, Cr. Էլեկտրոլիզը ուղղակիորեն օգտագործվում է մետաղի կաթոդիկ տարանջատման համար՝ այն հանքաքարից լուծույթ տեղափոխելուց և լուծույթը մաքրելուց հետո: Նման գործընթացը կոչվում է էլեկտրաարդյունահանում. Էլեկտրոլիզը օգտագործվում է նաև մետաղի մաքրման համար՝ էլեկտրոլիտիկ։ զտում (էլեկտրամշակում): Այս գործընթացը բաղկացած է աղտոտված մետաղի անոդային տարրալուծումից և դրա հետագա կաթոդիկ նստվածքից: Զտումը և էլեկտրաարդյունահանումը կատարվում են հեղուկ սնդիկի և ամալգամային էլեկտրոդներով (ամալգամային մետալուրգիա) և պինդ մետաղական էլեկտրոդներով։

Էլեկտրոլիտային հալվածքների էլեկտրոլիզը շատ բաներ արտադրելու կարևոր միջոց է: մետաղներ. Այսպիսով, օրինակ, հում ալյումինը ստացվում է կրիոլիտ-ալյումինային հալվածքի (Na3AlF6 + A12O3) էլեկտրոլիզով, հումքը մաքրվում է էլեկտրոլիզով։ զտում. Այս դեպքում հալված A1-ը ծառայում է որպես անոդ, որը պարունակում է մինչև 35% Cu (կշռման համար) և, հետևաբար, գտնվում է էլեկտրոլիզատորի բաղնիքի հատակին: Լոգանքի միջին հեղուկ շերտը պարունակում է ВаС12, A1F3 և NaF, իսկ վերին հեղուկ շերտը՝ հալած զտիչ։ A1-ը ծառայում է որպես կաթոդ:

Մագնեզիումի քլորիդի հալված կամ ջրազրկված կարնալիտի էլեկտրոլիզ - մաքս. Mg ստանալու ընդհանուր եղանակ: ՊՐՈՄ-ում. Հալվածքների մասշտաբային էլեկտրոլիզը օգտագործվում է ալկալային և ալկալային հող ստանալու համար: մետաղներ, Be, Ti, W, Mo, Zr, U և այլն:

Դեպի էլեկտրոլիտ Մետաղների ստացման մեթոդները ներառում են նաև մետաղների իոնների կրճատումը ուրիշների կողմից, ավելի էլեկտրաբացասական: մետաղական. Մետաղների մեկուսացումը ջրածնով դրանց վերականգնմամբ հաճախ ներառում է նաև էլեկտրոլիզի փուլերը՝ էլեկտրաքիմիական։ ջրածնի իոնացում և մետաղի իոնների նստեցում այս գործընթացում արձակված էլեկտրոնների պատճառով: Կարևոր դեր են խաղում մի քանիսի համատեղ մեկուսացման կամ տարրալուծման գործընթացները։ մետաղներ, մետաղների և մոլ. ջրածինը կաթոդի վրա և լուծույթի բաղադրիչների կլանումը էլեկտրոդների վրա։ Մետաղ պատրաստելու համար օգտագործվում է էլեկտրոլիզ: փոշիներ տրված Սբ.

ՄԱՐՏԿՈՑՆԵՐ էլեկտրական (լատ. կուտակիչ – կոլեկցիոներ, պահեստ), քիմ. բազմաթիվ ընթացիկ աղբյուրներ: Արտաքինից լիցքավորելիս էլեկտրաէներգիայի աղբյուր մարտկոցի հոսանքը էներգիա է կուտակում, ծայրերը լիցքաթափման ժամանակ քիմ. p-tion ուղղակիորեն պտտվող: կրկին էլեկտրականում և աչքի է ընկնում արտաքինում։ շղթա. Գործողության սկզբունքով և Կառուցվածքային տարրերով մարտկոցները չեն տարբերվում գալվանական բջիջներից, սակայն էլեկտրոդների p-tions, ինչպես նաև մարտկոցների ընդհանուր հոսանք առաջացնող p-tion-ը շրջելի են: Հետևաբար, մարտկոցը լիցքաթափվելուց հետո այն կարող է կրկին լիցքավորվել՝ հոսանք անցնելով հակառակ ուղղությամբ՝ դրականի վրա: Այս դեպքում բացասական էլեկտրոդում առաջանում է օքսիդացնող նյութ, իսկ բացասական էլեկտրոդում՝ վերականգնող նյութ։

Նաիբ. կապարաթթվային մարտկոցները տարածված են, հաճախ կոչվում են. նաև թթվային: Նրանց գործողությունը հիմնված է շրջանի վրա.

Կոռոզիա - ֆիզիկաքիմիական ազդեցության արդյունքում մետաղի ինքնաբուխ ոչնչացման գործընթաց: հետ փոխազդեցություններ միջավայրը. Մեխանիզմը՝ քիմիական և էլեկտրաքիմիական:

Մետաղի քիմիական ոչնչացումը օքսիդացման ժամանակ՝ առանց էլեկտրական հոսանքի առաջացման։ Էլեկտրաքիմիական - մետաղի ոչնչացում էլեկտրոլիտային միջավայրում` համակարգի ներսում էլեկտրական հոսանքի տեսքով:

Կոռոզիայից բացահայտվում են շարժիչների, գազատուրբինների, հրթիռային կայանների մասերը և բաղադրիչները: Քիմիական կոռոզիան տեղի է ունենում մետաղների վերամշակման ժամանակ բարձր ջերմաստիճանի և սթրեսի պայմաններում:

Էլեկտրաքիմիական կոռոզիան կարող է առաջանալ՝ էլեկտրոլիտներում, հողում, ցանկացած խոնավ գազի մթնոլորտում:

Որպես կոռոզիայից պաշտպանություն, կարող է օգտագործվել ցանկացած ծածկույթի կիրառում, որը կանխում է քայքայիչ տարրի ձևավորումը (պասիվ մեթոդ):

Ներկերի ծածկույթը, պոլիմերային ծածկույթը և էմալապատումը, առաջին հերթին, պետք է կանխեն թթվածնի և խոնավության մուտքը: Հաճախ կիրառվում է նաև ծածկույթ, օրինակ՝ պողպատ այլ մետաղներով, ինչպիսիք են ցինկը, անագը, քրոմը, նիկելը: Ցինկի ծածկույթը պաշտպանում է պողպատը նույնիսկ այն դեպքում, երբ ծածկույթը մասամբ քանդվում է: Ցինկն ավելի բացասական ներուժ ունի և առաջին հերթին կոռոզիայից է լինում: Zn2+ իոնները թունավոր են։ Պահածոների արտադրության մեջ օգտագործվում է թիթեղով պատված անագ։ Ի տարբերություն ցինկապատ թերթի, երբ թիթեղյա շերտը քայքայվում է, երկաթը սկսում է կոռոզիայի ենթարկվել, ընդ որում՝ ինտենսիվ, քանի որ անագն ավելի դրական ներուժ ունի։ Մետաղը կոռոզիայից պաշտպանելու մեկ այլ միջոց է օգտագործել մեծ բացասական պոտենցիալ ունեցող պաշտպանիչ էլեկտրոդ, օրինակ՝ պատրաստված ցինկից կամ մագնեզիումից: Դրա համար հատուկ ստեղծված է կոռոզիոն տարր։ Պաշտպանված մետաղը գործում է որպես կաթոդ, և պաշտպանության այս տեսակը կոչվում է կաթոդային պաշտպանություն: Լուծվող էլեկտրոդը կոչվում է համապատասխանաբար զոհաբերական պաշտպանության անոդ, որն օգտագործվում է կոռոզիայից պաշտպանվելու համար։ ծովային նավեր, կամուրջներ, ստորգետնյա խողովակներ տեղակայված կաթսայատներ։ Նավի կորպուսը պաշտպանելու համար ցինկի թիթեղները ամրացվում են կորպուսի արտաքին կողմում։

Եթե ​​համեմատենք ցինկի և մագնեզիումի պոտենցիալները երկաթի հետ, ապա դրանք ավելի շատ բացասական պոտենցիալներ ունեն։ Բայց, այնուամենայնիվ, նրանք ավելի դանդաղ են կոռոզիայի ենթարկվում՝ մակերեսի վրա պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթի ձևավորման պատճառով, որը պաշտպանում է մետաղը հետագա կոռոզիայից: Նման ֆիլմի ձևավորումը կոչվում է մետաղի պասիվացում: Ալյումինում այն ​​ամրապնդվում է անոդային օքսիդացումով (անոդացում): Երբ պողպատին ավելացվում է փոքր քանակությամբ քրոմ, մետաղի մակերեսին ձևավորվում է օքսիդ թաղանթ: Չժանգոտվող պողպատում քրոմի պարունակությունը ավելի քան 12 տոկոս է։

Կաթոդիկ կոռոզիայից պաշտպանություն

Կաթոդիկ էլեկտրաքիմիական կոռոզիայից պաշտպանություն օգտագործվում է, երբ պաշտպանված մետաղը հակված չէ պասիվացման: Սա մետաղների կոռոզիայից պաշտպանության հիմնական տեսակներից մեկն է: Կաթոդիկ պաշտպանության էությունը բացասական բևեռից արտադրանքի վրա արտաքին հոսանքի կիրառումն է, որը բևեռացնում է կոռոզիոն տարրերի կաթոդիկ հատվածները՝ պոտենցիալ արժեքը մոտեցնելով անոդին: Ընթացիկ աղբյուրի դրական բևեռը միացված է անոդին: Այս դեպքում պաշտպանված կառուցվածքի կոռոզիան գրեթե զրոյի է հասնում: Անոդը աստիճանաբար ոչնչացվում է և պետք է պարբերաբար փոխարինվի:

Կաթոդիկ պաշտպանության մի քանի տարբերակ կա՝ բևեռացում էլեկտրական հոսանքի արտաքին աղբյուրից; կաթոդային պրոցեսի արագության նվազում (օրինակ, էլեկտրոլիտի դեզերացիա); շփում մետաղի հետ, որն ունի տվյալ միջավայրում ազատ կոռոզիայի ավելի էլեկտրաբացասական ներուժ (այսպես կոչված՝ զոհաբերական պաշտպանություն):

Էլեկտրական հոսանքի արտաքին աղբյուրից բևեռացումը շատ հաճախ օգտագործվում է հողի, ջրի մեջ գտնվող կառույցները (նավերի հատակը և այլն) պաշտպանելու համար: Բացի այդ այս տեսակըԿոռոզիայից պաշտպանությունն օգտագործվում է ցինկի, անագի, ալյումինի և դրա համաձուլվածքների, տիտանի, պղնձի և դրա համաձուլվածքների, կապարի, ինչպես նաև բարձր քրոմով, ածխածնի, խառնուրդով (ինչպես ցածր, այնպես էլ բարձր խառնուրդով) պողպատների համար:

Արտաքին հոսանքի աղբյուրը կաթոդիկ պաշտպանության կայաններն են, որոնք բաղկացած են ուղղիչից (փոխարկիչից), պաշտպանված կառուցվածքին հոսանքի մատակարարումից, անոդային հողային էլեկտրոդներից, հղման էլեկտրոդից և անոդային մալուխից:

կաթոդիկ պաշտպանությունօգտագործվում է որպես անկախ և լրացուցիչ տեսակի կոռոզիայից պաշտպանություն:

Հիմնական չափանիշը, որով կարելի է դատել կաթոդային պաշտպանության արդյունավետության մասին, պաշտպանիչ ներուժն է: Պաշտպանական ներուժն այն պոտենցիալն է, որի դեպքում մետաղի կոռոզիայի արագությունը որոշակի շրջակա միջավայրի պայմաններում վերցնում է ամենացածր (հնարավորինս) արժեքը:

Կաթոդիկ պաշտպանության օգտագործման թերությունները կան: Դրանցից մեկը գերպաշտպանվածության վտանգն է։ Գերպաշտպանությունը նկատվում է պաշտպանված օբյեկտի ներուժի մեծ տեղաշարժով բացասական կողմը. Միաժամանակ առանձնանում է. Արդյունքում՝ պաշտպանիչ ծածկույթների ոչնչացում, մետաղի ջրածնային փխրունություն, կոռոզիայից ճեղքվածք։

Պաշտպանիչ պաշտպանություն(պաշտպանիչ դիմում)

Կաթոդիկ պաշտպանության տեսակը կաթոդային պաշտպանությունն է: Զոհաբերական պաշտպանություն օգտագործելիս պաշտպանված օբյեկտին միացվում է ավելի էլեկտրաբացասական պոտենցիալ ունեցող մետաղ։ Այս դեպքում ոչ թե կառուցվածքն է քանդվում, այլ քայլքը։ Ժամանակի ընթացքում պաշտպանիչը կոռոզիայի է ենթարկվում և պետք է փոխարինվի նորով:

Քայլերի պաշտպանությունը արդյունավետ է այն դեպքերում, երբ պաշտպանիչի և շրջակա միջավայրի միջև փոքր անցողիկ դիմադրություն կա:

Յուրաքանչյուր պաշտպանիչ ունի պաշտպանիչ գործողության իր շառավիղը, որը որոշվում է առավելագույն հնարավոր հեռավորությամբ, որով պաշտպանիչը կարող է հանվել՝ չկորցնելով պաշտպանիչ ազդեցությունը: Պաշտպանիչ պաշտպանությունը օգտագործվում է ամենից հաճախ, երբ անհնար է կամ դժվար և թանկ է կառույցին հոսանք հասցնելը:

Պաշտպանիչները օգտագործվում են չեզոք միջավայրում (ծովի կամ գետի ջուր, օդ, հող և այլն) կառույցները պաշտպանելու համար:

Պաշտպանների արտադրության համար օգտագործվում են հետևյալ մետաղները՝ մագնեզիում, ցինկ, երկաթ, ալյումին։ Մաքուր մետաղներն ամբողջությամբ չեն կատարում իրենց պաշտպանիչ գործառույթները, ուստի դրանք լրացուցիչ համաձուլվում են պաշտպանիչների արտադրության ժամանակ:

Երկաթե պաշտպանիչները պատրաստված են ածխածնային պողպատից կամ մաքուր երկաթից:

Կոռոզիայի արգելակիչներ, քիմիական միացություններ կամ դրանց բաղադրությունները, որոնց առկայությունը ագրեսիվ միջավայրում փոքր քանակությամբ դանդաղեցնում է մետաղների կոռոզիան։ Կոռոզիայի ինհիբիտորների պաշտպանիչ ազդեցությունը պայմանավորված է կլանման (ադսորբցիոն կոռոզիայի արգելակիչներ) կամ մետաղական իոններով քիչ լուծվող միացությունների ձևավորման հետևանքով մետաղի մակերեսի վիճակի փոփոխությամբ: Վերջիններս մակերեսի վրա ստեղծում են թաղանթ, որը շատ ավելի բարակ է, քան փոխակերպման պաշտպանիչ ծածկույթները (տես Կոռոզիայից պաշտպանություն)։ Կոռոզիայի դանդաղումը տեղի է ունենում մետաղի ակտիվ մակերևույթի տարածքի նվազման և էլեկտրոդների ռեակցիաների ակտիվացման էներգիայի փոփոխության պատճառով, ինչը սահմանափակում է կոռոզիայի բարդ գործընթացը: Կոռոզիայի ինհիբիտորները կարող են արգելակել անոդային տարրալուծումը և առաջացնել մետաղի պասիվացում (անոդային կոռոզիոն արգելակիչներ), դանդաղեցնել կաթոդիկ գործընթացը (կաթոդիկ կոռոզիայի արգելակիչներ) կամ դանդաղեցնել այս երկու գործընթացները (խառը կոռոզիայի արգելիչներ):

ԳՈՐԾՆԱԿԱՆ ԴԱՍԵՐ ԹԵՄԱՅԻ ՄԱՍԻՆ

«ՌԵԴՈՔՍ
ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ ԵՎ ԷԼԵԿՏՐԱՔԻՄԻԱԿԱՆ
ԳՈՐԾԸՆԹԱՑՆԵՐ»

«ՔԻՄԻԱ» ԿԱՐԳԱՎԻՃԱԿԻ ՄԱՍԻՆ.

Ուսումնական օգնություն

ՉԵՐԵՊՈՎԵՑ

Գործնական պարապմունքներ «Օքսիմիզացիայի ռեակցիաներ և էլեկտրաքիմիական պրոցեսներ» թեմայով «Քիմիա» առարկայից. Դասագիրք-մեթոդ. նպաստ. Cherepovets: GOU VPO ChGU, 2005. 45 p.

Դիտարկված է քիմիայի ամբիոնի նիստում, թիվ 11 արձանագրությունը 06/09/2004թ.

Հաստատված է ՉՊՀ բուհերի մետալուրգիայի և քիմիայի ինստիտուտի խմբագրական և հրատարակչական հանձնաժողովի կողմից, թիվ 6 արձանագրություն 21.06.2004թ.

Կազմողներ: O.A. Կալկո - բ.գ.թ. տեխ. գիտություններ, դոցենտ; Ն.Վ. Կունինա

Գրախոսներ՝ T.A. Օկունևա, դոցենտ (GOU VPO ChGU);

Գ.Վ. Կոզլովա, բ.գ.թ. քիմ. գիտություններ, դոցենտ (GOU VPO ChSU)

Գիտական ​​խմբագիր.Գ.Վ. Կոզլովա - բ.գ.թ. քիմ. գիտություններ, դոց

© GOU VPO Cherepovets State

Վիեննայի համալսարան, 2005 թ

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

Ձեռնարկը ներառում է համառոտ տեսական տեղեկատվություն, խնդիրների լուծման օրինակներ և տարբերակներ վերահսկման առաջադրանքներԴասընթացի «Օքսիդացման ռեակցիաներ և էլեկտրաքիմիական պրոցեսներ» թեմայով ընդհանուր քիմիա. Ուսումնական օժանդակության բովանդակությունը համապատասխանում է պետական ​​ստանդարտ«Քիմիա» առարկաները քիմիական և ճարտարագիտական ​​մասնագիտությունների համար:

ՌԵԴՈՔՍ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ

Այն ռեակցիաները, որոնք տեղի են ունենում նյութերի տարրերի օքսիդացման վիճակների փոփոխությամբ, կոչվում են ռեդոքս.

օքսիդացման վիճակտարրը (CO) էլեկտրոնների քանակն է, որոնք տեղափոխվում են տվյալ ատոմ մյուսներից (բացասական CO) կամ տվյալ ատոմից մյուսներին (դրական CO) քիմիական միացությունկամ իոն.

1. Պարզ նյութում տարրի CO-ն զրո է, օրինակ՝ , .

2. Իոնային միացության մեջ միատոմ իոնի տեսքով տարրի CO-ն հավասար է իոնի լիցքին, օրինակ՝ , , .

3. Կովալենտային բևեռային կապերով միացություններում բացասական CO-ն ունի ատոմ ամենաբարձր արժեքըէլեկտրաբացասականություն (EO), իսկ որոշ տարրերի համար բնորոշ են հետևյալ CO-ները.

- ֆտորի համար - «-1»;

- թթվածնի համար - «-2», բացառությամբ պերօքսիդների, որտեղ CO = -1, սուպերօքսիդներ (CO = -1/2), օզոնիդներ (CO = -1/3) և OF 2 (CO = +2);

Ալկալիների և հողալկալիական մետաղների համար CO = +1 և +2, համապատասխանաբար:

4. Բոլոր տարրերի CO-ի հանրահաշվական գումարը չեզոք մոլեկուլում հավասար է զրոյի, իսկ իոնում՝ իոնի լիցքին։

Նյութերի տարրերի մեծ մասը ցուցադրում է փոփոխական CO: Օրինակ՝ որոշենք ազոտի CO-ն տարբեր նյութերում.

Ցանկացած ռեդոքս ռեակցիա (ORR) բաղկացած է երկու զուգակցված գործընթացներից.

1. Օքսիդացումմասնիկի կողմից էլեկտրոններ արձակելու գործընթացն է, որը հանգեցնում է տարրի CO-ի ավելացմանը.

2. Վերականգնումմասնիկի կողմից էլեկտրոնների ընդունման գործընթացն է, որն ուղեկցվում է տարրի CO-ի նվազմամբ.

Այն նյութերը, որոնք օքսիդացման ժամանակ նվիրաբերում են իրենց էլեկտրոնները, կոչվում են նվազեցնող նյութեր, և այն նյութերը, որոնք էլեկտրոններ են ընդունում ռեդուկցիայի գործընթացում օքսիդիչներ. Եթե ​​նշվում է Օ՜նյութի օքսիդացված ձևը և միջով Կարմիր- վերականգնված, ապա ցանկացած RIA կարող է ներկայացվել որպես երկու գործընթացների գումար.

Կարմիր 1 – n ē® Եզ 1 (օքսիդացում);

Եզ 2 + n ē ® Կարմիր 2 (վերականգնում).

Ատոմների որոշակի ռեդոքս հատկությունների դրսևորումը կախված է բազմաթիվ գործոններից, որոնցից ամենակարևորը տարրի դիրքն է. Պարբերական համակարգ, նյութի մեջ դրա CO-ն, ռեակցիայի մյուս մասնակիցների կողմից դրսևորված հատկությունների բնույթը: Ըստ ռեդոքսի ակտիվության՝ նյութերը կարելի է բաժանել երեք խմբի.

1. Բնորոշ նվազեցնող նյութեր- սա պարզ նյութեր, որոնց ատոմներն ունեն ցածր EO արժեքներ (օրինակ՝ մետաղներ, ջրածին, ածխածին), ինչպես նաև մասնիկներ, որոնցում կան ատոմներ նրանց համար նվազագույն (ամենացածր) օքսիդացման վիճակում (օրինակ՝ միացության մեջ քլոր)։

2. Տիպիկ օքսիդիչներ- սրանք պարզ նյութեր են, որոնց ատոմները բնութագրվում են բարձր EO-ով (օրինակ՝ ֆտոր և թթվածին), ինչպես նաև մասնիկներ, որոնք պարունակում են ատոմներ ամենաբարձր (առավելագույն) CO-ում (օրինակ՝ միացության մեջ քրոմ):

3. Օքսիդացման կրկնակի հատկություններով նյութեր,- դրանք շատ ոչ մետաղներ են (օրինակ՝ ծծումբ և ֆոսֆոր), ինչպես նաև միջանկյալ CO-ում տարրեր պարունակող նյութեր (օրինակ՝ միացության մեջ մանգան):

Ռեակցիաներ, որոնցում առկա են օքսիդացնող և վերականգնող նյութեր տարբեր նյութեր, կոչվում են միջմոլեկուլային. Օրինակ:

Որոշ ռեակցիաներում օքսիդացնող և վերականգնող նյութերը տարբեր բնույթի միևնույն մոլեկուլի տարրերի ատոմներն են, որոնք կոչվում են OVR. ներմոլեկուլային, օրինակ:

Այն ռեակցիաները, որոնցում նույն նյութի բաղադրության մեջ գտնվող նույն տարրի ատոմը օքսիդացնող և վերականգնող նյութ է կոչվում. անհամաչափ ռեակցիաներ(ինքնաօքսիդացում-ինքնավերականգնում), օրինակ:

OVR հավասարումների մեջ գործակիցներ ընտրելու մի քանի եղանակ կա, որոնցից ամենատարածվածներն են էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդև Իոն-էլեկտրոնային հավասարումների մեթոդ(հակառակ դեպքում կես ռեակցիայի մեթոդ) Երկու մեթոդներն էլ հիմնված են երկու սկզբունքների իրականացման վրա.

1. Սկզբունք նյութական հավասարակշռություն- ռեակցիայից առաջ և հետո բոլոր տարրերի ատոմների թիվը պետք է լինի նույնը.

2. Սկզբունք էլեկտրոնային հաշվեկշիռ– վերականգնող նյութի կողմից նվիրաբերված էլեկտրոնների թիվը պետք է հավասար լինի օքսիդացնող նյութի կողմից ընդունված էլեկտրոնների թվին:

Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը ունիվերսալ է, այսինքն, այն կարող է օգտագործվել ցանկացած պայմաններում տեղի ունեցող OVR-ը հավասարեցնելու համար: Կես ռեակցիայի մեթոդը կիրառելի է միայն լուծույթներում տեղի ունեցող նման օքսիդացման գործընթացների համար հավասարումներ ձևակերպելու համար: Այնուամենայնիվ, այն ունի մի շարք առավելություններ էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդի նկատմամբ: Մասնավորապես, այն օգտագործելիս կարիք չկա որոշելու տարրերի օքսիդացման աստիճանները, բացի այդ, հաշվի է առնվում միջավայրի դերը և լուծույթում մասնիկների իրական վիճակը։

Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդով ռեակցիայի հավասարումների կազմման հիմնական քայլերըհետևյալն են.

Ակնհայտ է, որ CO-ն փոխվում է մանգանի համար (նվազում է) և երկաթի համար (աճում է): Այսպիսով, KMnO 4-ը օքսիդացնող նյութ է, իսկ FeSO 4-ը վերականգնող նյութ է:

2. Կազմել օքսիդացման և վերականգնման կիսա-ռեակցիաները.

(վերականգնում)

(օքսիդացում)

3. Հավասարակշռել ստացված և տրված էլեկտրոնների քանակը՝ էլեկտրոնների դիմաց գործակիցները փոխանցելով գործակիցների տեսքով՝ դրանք փոխանակելով.

½' 1½' 2

½' 5½' 10

Եթե ​​գործակիցները միմյանց բազմապատիկ են, ապա դրանք պետք է կրճատվեն՝ յուրաքանչյուրը բաժանելով ամենամեծ ընդհանուր բազմապատիկի վրա: Եթե ​​գործակիցները կենտ են, և առնվազն մեկ նյութի բանաձևը պարունակում է զույգ թվով ատոմներ, ապա գործակիցները պետք է կրկնապատկվեն։

Այսպիսով, դիտարկվող օրինակում էլեկտրոնների դիմաց գործակիցները կենտ են (1 և 5), իսկ Fe 2 (SO 4) 3 բանաձևը պարունակում է երկու երկաթի ատոմ, ուստի մենք կրկնապատկում ենք գործակիցները:

4. Գրանցեք էլեկտրոնային հաշվեկշռի ընդհանուր արձագանքը: Այս դեպքում ստացված և տրված էլեկտրոնների թիվը պետք է լինի նույնը և կրճատվի այս փուլըհավասարեցում։

5. Ռեակցիայի մոլեկուլային հավասարման մեջ դասավորի՛ր գործակիցները և ավելացրո՛ւ բաց թողած նյութերը։ Այս դեպքում CO փոխված տարրերի ատոմներ պարունակող նյութերի գործակիցները վերցված են էլեկտրոնային հաշվեկշռի ընդհանուր ռեակցիայից, իսկ մնացած տարրերի ատոմները հավասարեցվում են սովորական ձևով՝ պահպանելով հետևյալ հաջորդականությունը.

- մետաղի ատոմներ;

- ոչ մետաղների ատոմներ (բացառությամբ թթվածնի և ջրածնի);

ջրածնի ատոմներ են;

թթվածնի ատոմներ են։

Քննարկվող օրինակի համար

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 =
\u003d 2MnSO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 8H 2 O:

Իոն-էլեկտրոնային հավասարումների մեթոդով ռեակցիաները հավասարեցնելիսհետևեք գործողությունների հետևյալ հաջորդականությանը.

1. Գրի՛ր ռեակցիայի սխեման, որոշի՛ր CO տարրերը, ճանաչի՛ր օքսիդացնող և վերականգնող նյութը: Օրինակ:

CO-ն փոխվում է քրոմում (նվազում է) և երկաթում (աճում): Այսպիսով, K 2 Cr 2 O 7-ը օքսիդացնող նյութ է, իսկ Fe-ը վերականգնող նյութ է:

2. Գրի՛ր ռեակցիայի իոնային սխեման: Այս դեպքում ուժեղ էլեկտրոլիտները գրվում են իոնների տեսքով, իսկ թույլ էլեկտրոլիտները, չլուծվող և փոքր-ինչ լուծվող նյութերը, ինչպես նաև գազերը թողնում են մոլեկուլային տեսքով։ Դիտարկվող գործընթացի համար

K + + Cr 2 O + Fe + H + + SO ® Cr 3+ + SO + Fe 2+ + H 2 O

3. Կազմի՛ր իոնային կիսա-ռեակցիաների հավասարումները: Դա անելու համար նախ հավասարեցրեք այն տարրերի ատոմները պարունակող մասնիկների թիվը, որոնք փոխել են իրենց CO-ն.

ա) թթվային միջավայրերում H 2 O և (կամ) H +;

բ) չեզոք միջավայրերում H 2 O և H + (կամ H 2 O և OH -);

գ) ալկալային միջավայրում H 2 O և (կամ) OH - .

Cr 2 O + 14H + ® 2Cr 3+ + 7H 2 O

Այնուհետև լիցքերը հավասարվում են՝ գումարելով կամ հանելով որոշակի թվով էլեկտրոններ.

12+ + 6 ē ® 6+

Fe 0 - 2 ē ® Fe 2+

4. Հավասարակշռել ստացված և տրված էլեկտրոնների քանակը, ինչպես նկարագրված է էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդով

12+ + 6 ē ® 6+ ½´2½´1

Fe 0 - 2 ē ® Fe 2+ ½´6½´3

5. Գրանցեք իոն-էլեկտրոն հավասարակշռության ընդհանուր ռեակցիան.

Cr 2 O + 14H + + 6 ē + 3Fe - 6 ē ® 2Cr 3+ + 7H 2 O + 3Fe 2+

6. Մոլեկուլային ռեակցիայի հավասարման մեջ դասավորե՛ք գործակիցները.

K 2 Cr 2 O 7 + 3Fe + 7H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3FeSO 4 + K 2 SO 4 + 7H 2 O

Մոլային համարժեք զանգվածների հաշվարկ ՄԵ OVR-ում օքսիդացնող կամ վերականգնող նյութը պետք է իրականացվի ըստ բանաձևի

Մ E = , (1)

որտեղ Մ – մոլային զանգվածնյութեր, գ/մոլ; Ն եէլեկտրոնների քանակն է, որոնք ներգրավված են օքսիդացման կամ վերացման գործընթացում:

Օրինակ Հավասարեցրեք ռեակցիան՝ օգտագործելով իոն-էլեկտրոն հավասարակշռության մեթոդը, հաշվարկեք օքսիդացնող նյութի և վերականգնող նյութի մոլային համարժեք զանգվածները

Որպես 2 S 3 + HNO 3 ® H 3 AsO 4 + H 2 SO 4 + NO

Լուծում

Մենք որոշում ենք տարրերի օքսիդացման աստիճանը, հայտնաբերում ենք օքսիդացնող և վերականգնող նյութը

Այս գործընթացում օքսիդացնող նյութը HNO 3 է, վերականգնողը՝ As 2 S 3:

Կազմում ենք ռեակցիայի իոնային սխեման

Որպես 2 S 3 ¯ + H + + NO ® H + + AsO + SO + NO

Գրում ենք իոն-էլեկտրոն կիսա-ռեակցիաները և հավասարակշռում ստացված և տրված էլեկտրոնների քանակը.

0 – 28ē ® 28+ ½´3

3+ + 3ē ® 0 ½´28

Մենք ավելացնում ենք կես ռեակցիաները և պարզեցնում ենք ընդհանուր սխեման.

3As 2 S 3 + 60H 2 O + 28NO + 112H + ®
® 6AsO + 9SO + 120H + + 28NO + 56H 2 O

3As 2 S 3 + 4H 2 O + 28NO ® 6AsO + 9SO + 8H + + 28NO

Գործակիցները փոխանցում ենք մոլեկուլային հավասարումև հավասարեցնել յուրաքանչյուր տարրի ատոմների թիվը.

3As 2 S 3 + 28HNO 3 + 4H 2 O \u003d 6H 3 AsO 4 + 9H 2 SO 4 + 28NO

Մենք հաշվարկում ենք օքսիդացնող և վերականգնող նյութի մոլային համարժեք զանգվածները՝ օգտագործելով բանաձևը (1).

Մօ, օքսիդանտ = գ/մոլ;

Մհա, ռեդուկտոր = գ/մոլ.

ԲԱԶՄԱԿԱՆ ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔ թիվ 1

Տարբերակներից մեկի համաձայն՝ OVR-ը հավասարեցրեք իոն-էլեկտրոնային հավասարումների մեթոդով։ Որոշեք ռեակցիայի տեսակը և հաշվարկեք օքսիդացնող և վերականգնող նյութի մոլային համարժեք զանգվածները.

1. Zn + HNO 3 \u003d Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O

2. FeSO 4 + KClO 3 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + KCl + H 2 O

3. Al + Na 2 MoO 4 + HCl = MoCl 3 + AlCl 3 + NaCl + H 2 O

4. Sb 2 O 3 + HBrO 3 = Sb 2 O 5 + HBr

5. Fe + HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + H 2 O

6. Fe + HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O

7. Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2 S + H 2 O

8. Zn + HNO 3 \u003d Zn (NO 3) 2 + NO + H 2 O

9. C + H 2 SO 4 \u003d CO + SO 2 + H 2 O

10. P + HNO 3 + H 2 O \u003d H 3 PO 4 + NO

11. Pb + PbO 2 + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O

12. Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + SO 2 + H 2 O

13. C + HNO 3 \u003d CO 2 + NO + H 2 O

14. Na 2 S + HNO 3 \u003d S + NaNO 3 + NO + H 2 O

15. KMnO 4 + HCl \u003d MnCl 2 + Cl 2 + KCl + H 2 O

16. KIO 3 + KI + H 2 SO 4 \u003d I 2 + K 2 SO 4 + H 2 O

17. S + HNO 3 \u003d H 2 SO 4 + NO 2 + H 2 O

18. Al + H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + SO 2 + H 2 O

19. FeSO 4 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + + H 2 O

20. K 2 Cr 2 O 7 + HCl \u003d CrCl 3 + Cl 2 + KCl + H 2 O

21. Zn + HNO 3 \u003d Zn (NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O

22. K 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O \u003d K 2 SO 4 + HBr

23. K 2 Cr 2 O 7 + KI + H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + I 2 + K 2 SO 4 + H 2 O

24. Zn + H 3 AsO 3 + HCl \u003d AsH 3 + ZnCl 2 + H 2 O

25. HI + H 2 SO 4 \u003d I 2 + H 2 S + H 2 O

26. Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + I 2 + H 2 O \u003d K 2 Cr 2 O 7 + KI + H 2 SO 4

27. MnO 2 + KBr + H 2 SO 4 = Br 2 + MnSO 4 + H 2 O

28. HClO + FeSO 4 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + Cl 2 + H 2 O

29. KMnO 4 + K 2 S + H 2 SO 4 \u003d S + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

30. CuCl + K 2 Cr 2 O 7 + HCl \u003d CuCl 2 + CrCl 3 + KCl + H 2 O

ՕՎՌ ՀՈՍՔԻ ՈՒՂՂՈՒԹՅՈՒՆԸ

OVR-ի ինքնաբուխ առաջացման հնարավորությունը և ամբողջականությունը իզոբար-իզոթերմային պայմաններում, ինչպես նաև ցանկացած քիմիական գործընթաց կարող է գնահատվել փոփոխության նշանով. ազատ էներգիաԳիբս համակարգ Դ Գգործընթացի ընթացքում։ Ինքնաբուխ երբ P, T = =շարժվելով դեպի առաջ, կարող են առաջանալ ռեակցիաներ, որոնց դեպքում Դ Գ < 0.

Ռեդոքս գործընթացի Գիբսի էներգիայի փոփոխությունը նույնպես հավասար է այն էլեկտրական աշխատանքին, որը համակարգը կատարում է էլեկտրոնները վերականգնող նյութից դեպի օքսիդացնող նյութ տեղափոխելու համար, այսինքն.

որտեղ Դ Ե– ռեդոքս գործընթացի EMF, V; ՖՖարադայի հաստատունն է ( Ֆ= 96 485 » 96 500 C/մոլ); n ēայս գործընթացում ներգրավված էլեկտրոնների թիվն է:

Հավասարումից (2) հետևում է, որ OVR-ի ինքնաբուխ առաջացման պայմանը առաջնային ուղղությամբ օքսիդացման ռեդոքս գործընթացի EMF-ի դրական արժեքն է (D. Ե> 0): EMF OVR-ի հաշվարկը ստանդարտ պայմաններում պետք է իրականացվի ըստ հավասարման

որտեղ են համակարգերի ստանդարտ ռեդոքս պոտենցիալները: Դրանց արժեքները որոշվում են փորձարարական եղանակով և տրվում են տեղեկատու գրականություն(որոշ համակարգերի համար ռեդոքսի պոտենցիալները տրված են Հավելվածի Աղյուսակ 1-ում):

Օրինակ 1. Որոշեք OVR հոսքի ուղղությունը, որի իոնային սխեման հետևյալն է.

Fe 3+ + Cl - «Fe 2+ + Cl 2

Լուծում

Այս գործընթացում Fe 3+ իոնը օքսիդացնող նյութ է, իսկ Cl իոնը՝ վերականգնող նյութ: Աղյուսակում. 1 կիրառություն գտնել կիսա-ռեակցիաների պոտենցիալները.

Fe 3+ + 1 ē = Fe 2+, Ե= 0,77 Վ;

Cl2 + 2 ē = 2Cl - , Ե= 1,36 Վ.

Համաձայն (3) բանաձևի, մենք հաշվարկում ենք EMF-ը.

Քանի որ արժեքը Դ Ե 0 < 0, то реакция идет самопроизвольно в обратном направлении.

Օրինակ 2. Հնարավո՞ր է օքսիդացնել H 2 S-ը մինչև տարրական ծծումբ՝ օգտագործելով FeCl 3:

Լուծում

Կազմենք ռեակցիայի իոնային սխեման.

Fe 3+ + H 2 S ® Fe 2+ + S + H +

Fe 3+ իոնն այս գործընթացում խաղում է օքսիդացնող նյութի դեր, իսկ H 2 S մոլեկուլը՝ վերականգնող նյութի։

Մենք գտնում ենք համապատասխան կես ռեակցիաների ռեդոքսային պոտենցիալները. Ե= 0,77 Վ; Ե= 0,17 Վ.

Օքսիդացնող նյութի ներուժն ավելի մեծ է, քան վերականգնող նյութի պոտենցիալը, հետևաբար, ջրածնի սուլֆիդը կարող է օքսիդացվել երկաթի (III) քլորիդով:

ԲԱԶՄԱԿԱՆ ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔ թիվ 2

Հավասարեցրեք օքսիդացումներից մեկը ռեակցիաների նվազեցում, օգտագործելով իոն-էլեկտրոնային հավասարումների մեթոդը։ Օգտագործելով ստանդարտ ռեդոքս պոտենցիալների աղյուսակը, հաշվարկեք emf-ը և D Գռեակցիա, ինչպես նաև նշեք այս OVR-ի հոսքի ուղղությունը.

1. CuS + H 2 O 2 + HCl \u003d CuCl 2 + S + H 2 O

2. HIO 3 + H 2 O 2 \u003d I 2 + O 2 + H 2 O

3. I 2 + H 2 O 2 \u003d HIO 3 + H 2 O

4. Cr 2 (SO 4) 3 + Br 2 + NaOH = Na 2 CrO 4 + NaBr + Na 2 SO 4 + H 2 O

5. H 2 S + Cl 2 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + HCl

6. I 2 + NaOH \u003d NaI + NaIO + H 2 O

7. Na 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + Na 2 SO 3 = Cr 2 (SO 4) 3 + Na 2 SO 4 + H 2 O

8. H 2 S + SO 2 \u003d S + H 2 O

9. I 2 + NaOH \u003d NaI + NaIO 3 + H 2 O

10. MnCO 3 + KClO 3 \u003d MnO 2 + KCl + CO 2

11. Na 2 S + O 2 + H 2 O \u003d S + NaOH

12. PbO 2 + HNO 3 + H 2 O 2 = Pb (NO 3) 2 + O 2 + H 2 O

13. P + H 2 O + AgNO 3 = H 3 PO 4 + Ag + HNO 3

14. P + HNO 3 \u003d H 3 PO 4 + NO 2 + H 2 O

15. HNO 2 + H 2 O 2 \u003d HNO 3 + H 2 O

16. Bi(NO 3) 3 + NaClO + NaOH = NaBiO 3 + NaNO 3 + NaCl + H 2 O

17. KMnO 4 + HBr + H 2 SO 4 = MnSO 4 + HBrO + K 2 SO 4 + H 2 O

18. H 2 SO 3   + H 2 S = S + SO 2 + H 2 O

19. NaCrO 2 + PbO 2 + NaOH = Na 2 CrO 4 + Na 2 PbO 2 + H 2 O

20. NaSeO 3 + KNO 3 = Na 2 SeO 4 + KNO 2

21. KMnO 4 + KOH \u003d K 2 MnO 4 + O 2 + H 2 O

22. Pb + NaOH + H 2 O \u003d Na 2 + H 2

23. PbO 2 + HNO 3 + Mn (NO 3) 2 = Pb (NO 3) 2 + HMnO 4 + H 2 O

24. MnO 2 K + 2 SO 4 + KOH = KMnO 4 + K 2 SO  3 + H 2 O

25. NO + H 2 O + HClO \u003d HNO 3 + HCl

26. NO + H 2 SO 4 + CrO 3 \u003d HNO 3 + Cr 2 (SO 4) 3 + H 2 O

27. MnCl 2 + KBrO 3 + KOH \u003d MnO 2 + KBr + KCl + H 2 O

28. Cl 2 + KOH \u003d KClO + KCl + H 2 O

29. CrCl 3 + NaClO + NaOH = Na 2 CrO 4 + NaCl + H 2 O

30. H 3 PO 4 + HI \u003d H 3 PO 3 + I 2 + H 2 O

ԳԱԼՎԱՆԱԿԱՆ բջիջներ

Էներգիայի փոխակերպման գործընթացներ քիմիական ռեակցիաԷլեկտրականում աշխատանքի հիմքն են քիմիական հոսանքի աղբյուրներ(ՀԻԹ): HIT-ը ներառում է գալվանական բջիջներ, մարտկոցներ և վառելիքի բջիջներ:

գալվանական տարրկոչվում է քիմիական ռեակցիայի էներգիան էլեկտրական էներգիայի ուղղակի փոխակերպման սարք, որում ռեակտիվները (օքսիդացնող և վերականգնող նյութ) ուղղակիորեն տարրի մաս են կազմում և սպառվում են դրա շահագործման ընթացքում։ Ռեակտիվների սպառումից հետո տարրն այլևս չի կարող աշխատել, այսինքն՝ այն մեկանգամյա HIT է։

Եթե ​​օքսիդացնող նյութը և վերականգնող նյութը պահվում են տարրից դուրս և դրա շահագործման ընթացքում մատակարարվում են էլեկտրոդներին, որոնք չեն սպառվում, ապա այդպիսի տարրը կարող է երկար ժամանակ աշխատել և կոչվում է. վառելիքի տարր.

Կուտակիչների աշխատանքը հիմնված է հետադարձելի OVR-ի վրա: Արտաքին հոսանքի աղբյուրի ազդեցության ներքո OVR-ը հոսում է հակառակ ուղղությամբ, մինչդեռ սարքը կուտակում է (կուտակում) քիմիական էներգիան։ Այս գործընթացը կոչվում է մարտկոցի լիցքավորում. Այնուհետև մարտկոցը կարող է կուտակված քիմիական էներգիան վերածել էլեկտրական էներգիայի (գործընթացը մարտկոցի լիցքաթափում) Մարտկոցի լիցքավորման և լիցքաթափման գործընթացներն իրականացվում են բազմիցս, այսինքն՝ այն բազմակի օգտագործման HIT է։

Գալվանական բջիջը բաղկացած է երկու կիսաբջիջներից (ռոքս համակարգեր), որոնք փոխկապակցված են մետաղական հաղորդիչով: Կես տարր (հակառակ դեպքում էլեկտրոդ) ամենից հաճախ մետաղ է, որը տեղադրված է իոններ պարունակող լուծույթում, որը կարող է կրճատվել կամ օքսիդացվել: Յուրաքանչյուր էլեկտրոդ բնութագրվում է որոշակի արժեքով պայմանական էլեկտրոդի պոտենցիալ E, որը ստանդարտ պայմաններում որոշվում է փորձարարական ներուժի նկատմամբ ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդ(SVE):

SVE-ն գազային էլեկտրոդ է, որը բաղկացած է պլատինից, որի հետ շփվում է ջրածնի գազ (Ռ= 1 ատմ) և լուծույթ, որում ջրածնի իոնների ակտիվությունը ա\u003d 1 մոլ / դմ 3. Ջրածնի էլեկտրոդում հավասարակշռությունը արտացոլվում է հավասարմամբ

Մետաղական էլեկտրոդների պոտենցիալները հաշվարկելիս մետաղական իոնների ակտիվությունը կարելի է մոտավորապես հավասար համարել դրանց մոլային կոնցենտրացիայի ա» [Ես n + ];

2) ջրածնային էլեկտրոդի համար

.

որտեղ pH է pH արժեքըջուր.

Գալվանական բջիջում ամենացածր պոտենցիալ արժեք ունեցող էլեկտրոդը կոչվում է անոդև նշվում է «-»-ով: Անոդում վերականգնող նյութի մասնիկները օքսիդացված են։ Բարձր պոտենցիալ ունեցող էլեկտրոդը կոչվում է կաթոդև նշվում է «+» նշանով։ Կաթոդում օքսիդացնող մասնիկները կրճատվում են: Էլեկտրոնների անցումը վերականգնող նյութից օքսիդացնող նյութի տեղի է ունենում մետաղական հաղորդիչի երկայնքով, որը կոչվում է. արտաքին միացում. OVR, որը ընկած է գալվանական բջիջի աշխատանքի հիմքում, կոչվում է հոսանքի ձևավորման ռեակցիա.

Տարրի հիմնական բնութագիրը նրա EMF D-ն է Ե, որը հաշվարկվում է որպես կաթոդի և անոդի պոտենցիալների տարբերություն

Դ Ե = Եկաթոդ - Եանոդ. (6)

Քանի որ կաթոդի պոտենցիալը միշտ ավելի մեծ է, քան անոդի պոտենցիալը, բանաձևից (6) հետևում է, որ աշխատանքային գալվանական բջիջում D. Ե > 0.

Ընդունված է գալվանական բջիջները գրել դիագրամների տեսքով, որոնցում մեկ ուղղահայաց գիծը պատկերում է փուլային սահմանը (մետաղ - լուծում), իսկ երկու ուղղահայաց գծերը ներկայացնում են երկու լուծումների սահմանը: Գործնականում լուծումների միջև էլեկտրական շփումն ապահովվում է աղի կամուրջ– U-խողովակ՝ էլեկտրոլիտային լուծույթով:

Օրինակ 1 Որոշեք նիկելի էլեկտրոդի պոտենցիալը, եթե լուծույթում Ni 2+ իոնների կոնցենտրացիան 0,02 Ն է։

Լուծում

Մենք որոշում ենք նիկելի իոնների մոլային կոնցենտրացիան լուծույթում.

= մոլ / դմ 3,

որտեղ զ= 2-ը Ni 2+ իոնների համարժեք թիվն է:

Ե= - 0,250 V. Օգտագործելով (4) բանաձևը, մենք հաշվարկում ենք նիկելի էլեկտրոդի ներուժը

Օրինակ 2. Որոշեք OH իոնների կոնցենտրացիան - լուծույթում, եթե այս լուծույթում տեղադրված ջրածնի էլեկտրոդի պոտենցիալը -0,786 Վ է։

Լուծում

Բանաձևից (5) որոշում ենք լուծույթի pH-ը.

.

Այնուհետև ջրի հիդրօքսիլային ինդեքսն է

Ռ OH \u003d 14 - Ռ H \u003d 14 - 13.32 \u003d 0.68:

Այսպիսով, OH իոնների կոնցենտրացիան հավասար է

Խլուրդ / դմ 3.

Օրինակ 3. Կազմեք դիագրամ, գրեք էլեկտրոդային պրոցեսների հավասարումները և հաշվարկեք կապարի և պղնձի էլեկտրոդներից կազմված գալվանական բջիջի EMF-ը, որոնք ընկղմված են Pb 2+ և Cu 2+ իոնների կոնցենտրացիաներով համապատասխանաբար 0,1 M և 0,05 M լուծույթների մեջ։ .

Լուծում

Սեղանից. Ընտրում է 2 հավելված ԵԱյս մետաղներից 0-ը և օգտագործելով (5) բանաձևը մենք հաշվարկում ենք դրանց պոտենցիալները.

Պղնձի էլեկտրոդի պոտենցիալն ավելի մեծ է, քան կապարի էլեկտրոդի պոտենցիալը, ուստի Pb-ն անոդն է, իսկ Cu-ն՝ կաթոդը։ Հետևաբար, տարրում տեղի են ունենում հետևյալ գործընթացները.

անոդում `Pb - 2 ® Pb 2+;

կաթոդում` Cu 2+ + 2 ® Cu ;

հոսանքի առաջացման ռեակցիա՝ Pb + Cu 2+ = Pb 2+ + Cu;

տարրի դիագրամ՝ (-) Pb½Pb 2+ ½½Cu 2+ ½Cu (+):

Համաձայն (6) բանաձևի, մենք որոշում ենք տվյալ գալվանական բջիջի EMF-ը.

Դ Ե\u003d 0,298 - (-0,156) \u003d 0,454 Վ.

ԲԱԶՄԱԿԱՆ ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔ թիվ 3

Կազմեք դիագրամ, գրեք էլեկտրոդային պրոցեսների հավասարումները և հաշվարկեք գալվանական բջիջի EMF-ը, որը կազմված է առաջին և երկրորդ մետաղներից, որոնք ընկղմված են մետաղական իոնների որոշակի կոնցենտրացիայով լուծույթների մեջ (Աղյուսակ 1): Հաշվիր Դ Գհոսանքի ձևավորման ռեակցիա.

Աղյուսակ 1

Թիվ 3 բազմաչափ առաջադրանքի նախնական տվյալների աղյուսակ

Redox պոտենցիալների մեծությունը կարող է օգտագործվել ռեդոքսային ռեակցիաների ուղղությունը դատելու համար: Հիմք ընդունելով (7.4) հավասարումը, որը կապում է կիսաերևույթների պոտենցիալ տարբերությունը Գիբսի ազատ էներգիայի DG-ի փոփոխության հետ, և հիշելով, որ որևէ քիմիական գործընթացի հավանականությունը պայմանավորված է DG-ի բացասական արժեքով, մենք կարող ենք նկարել հետևյալը. եզրակացություն.

Օքսիդացման ռեակցիան ինքնաբերաբար ընթանալու է այնպիսի ուղղությամբ, որ ավելի բարձր ռեդոքսի պոտենցիալ արժեքով կիսա-ռեակցիան հանդես է գալիս որպես օքսիդացնող նյութ՝ կապված ավելի ցածր պոտենցիալով կիսա-ռեակցիայի հետ:

Հաշվի է առնվել, որ աղյուսակներում j 0 արժեքները տրված են մեկ ուղղությամբ կիսա-ռեակցիաների համար՝ օքսիդացում:

Այլ կերպ ասած, ռեդոքս ռեակցիան կարող է շարունակվել, եթե համապատասխան գալվանական բջիջի կիսա-ռեակցիաների պոտենցիալ տարբերությունը դրական է:

Երբ ռեակցիան ընթանում է, կիսա-ռեակցիաներում օքսիդացված և նվազած ձևերի կոնցենտրացիաները փոխվում են այնպես, որ օքսիդացնող նյութի պոտենցիալը նվազում է, իսկ վերականգնող նյութը՝ մեծանում: Արդյունքում պոտենցիալ տարբերությունը նվազում է, առաջ մղող ուժգործընթացը թուլանում է. Redox ռեակցիան կշարունակվի այնքան ժամանակ, մինչև կիսա-ռեակցիայի պոտենցիալները հավասարվեն: Երբ պոտենցիալները հավասար են, համակարգում քիմիական հավասարակշռություն է հաստատվում։

Առաջին մոտավորմամբ, արդեն համեմատելով կիսա-ռեակցիաների ստանդարտ պոտենցիալները, կարելի է լուծել այն հարցը, թե դրանցից որն է ունակ մյուսի նկատմամբ օքսիդացնող կամ վերականգնող նյութի ֆունկցիա կատարել։ Դա անելու համար ստանդարտ պոտենցիալները պետք է զգալիորեն տարբերվեն միմյանցից: Օրինակ, ցինկը (j 0 \u003d -0,76 V) կվերականգնի (տեղահանելու) պղինձը (j 0 \u003d +0,34 V) իր աղի ջրային լուծույթից այս լուծույթի ցանկացած գործնականորեն հնարավոր կոնցենտրացիայի դեպքում: Բայց եթե ստանդարտ պոտենցիալների տարբերությունը փոքր է (ստանդարտ պոտենցիալները մոտ են), ապա անհրաժեշտ է հաշվարկել իրական պոտենցիալները՝ հաշվի առնելով կոնցենտրացիաները՝ համաձայն (7.2) հավասարման և դրանից հետո միայն որոշել դրա հոսքի ուղղությունը։ ռեդոքս
մարմնի արձագանքը.

Օրինակ 12.Որոշեք ռեակցիայի հնարավորությունը և ուղղությունը

2KBr + PbO 2 + 2H 2 SO 4 = Br 2 + PbSO 4 + K 2 SO 4 + 2H 2 O:

Լուծում.Հարցին պատասխանելու համար եկեք ռեակցիան գրենք իոնային ձևով՝ այն բաժանելով կիսա-ռեակցիաների և գրենք կիսա-ռեակցիայի ստանդարտ պոտենցիալները.

2Br - + PbO 2 + 4H + = Pb 2+ + Br 2 + 2H 2 O:

1) Br 2 + 2? = 2Br - ; j 0 \u003d 1.09 B,

2) PbO 2 + 4H + + 2? = Pb 2+ + 2H 2 O; j 0 \u003d 1,46 Բ.

Ըստ (7.4) արտահայտության Dj \u003d j ok-la - j restore-la \u003d 1.46 - 1.09 \u003d 0.37 V\u003e 0:

Հետեւաբար, ԳԴ< 0, т.е. реакция будет протекать слева направо. Из сопоставления потенциалов видно, что PbO 2 в кислой среде имеет больший потенциал, следовательно, он может окислить ионы Br - , которые образуют при этом Br 2 .

Օրինակ 13Որոշեք ռեդոքս ռեակցիաների առաջացման հնարավորությունը

ա) HBrO + HIO \u003d HBrO 3 + HI,

բ) HBrO + HIO \u003d HBr + HIO 3.

Լուծում.Գրենք համապատասխան կիսա ռեակցիաները և դրանց համապատասխան պոտենցիալները. ռեակցիայի համար ա)

BrO 3 - + 5H + +4? \u003d HBrO + 2H 2 O; j 0 \u003d 1,45 B,

HIO + H + +2e \u003d I - + H 2 O; j 0 \u003d 0,99 Բ.

Օգտագործելով (7.3) հավասարումը, մենք գտնում ենք ռեդոքսի պոտենցիալների տարբերությունը

Dj 0 \u003d j 0 ok - j 0 վերականգնում \u003d 0.99 - 1.45 \u003d -0.46 Վ.

Քանի որ Dj 0< 0, то DG >0, հետևաբար, ռեակցիան անհնար է (այն ընթանում է հակառակ ուղղությամբ):

Բ) ռեակցիայի համար

НBrO + H++ 2? \u003d Br - + H 2 O; j 0 \u003d 1.33 B,

IO 3 - +5H++4? \u003d HIO + 2H 2 O; j0 = 1,14:

Dj 0 \u003d j 0 ok-la - j 0 restore-la \u003d 1.33 - 1.14 \u003d 0.19 V. Քանի որ այս ռեակցիայի համար Dj 0\u003e 0, ռեակցիան հնարավոր է:

Օրինակ 14Կարո՞ղ են Cr 3+ իոնները NO 3 - -իոնի ազդեցությամբ օքսիդանալ Cr 2 O 7 2-ի:

Լուծում.Գործելով որպես օքսիդացնող նյութ՝ NO 3 - իոնը վերածվում է NO-ի, ուստի մենք կհամեմատենք հետևյալ կես ռեակցիաների պոտենցիալները.

NO 3 - + 4H + +3? = NO + 2H 2 O; j 0 \u003d 0,96 B,

Cr 2 O 7 2 - + 4H + + 6? \u003d 2Cr 3+ + 7H 2 O; j 0 \u003d 1,33 Վ.

Dj 0 \u003d j 0 ok - j 0 վերականգնել \u003d 0.96 - 1.33 \u003d -0.37 V. DG\u003e 0, այսինքն. NO 3 - -իոնը չի կարող լինել օքսիդացնող նյութ Cr 3+ -իոնի նկատմամբ ստանդարտ պայմաններում:

Ընդհակառակը, երկքրոմաթթուն H 2 Cr 2 O 7 և դրա աղերը («բիքրոմատներ») օքսիդացնում են NO-ն մինչև HNO3:

Դիտարկենք այն գործընթացները, որոնք կնկատվեն, եթե մետաղական թիթեղը (էլեկտրոդը) իջեցնեն ջրի մեջ: Քանի որ բոլոր նյութերը որոշ չափով լուծելի են, նման համակարգում կսկսվի մետաղի կատիոնների լուծույթի անցման գործընթացը՝ դրանց հետագա խոնավացմամբ։ Այս դեպքում արձակված էլեկտրոնները կմնան էլեկտրոդի վրա՝ բացասական լիցք հաղորդելով նրան։ Բացասական լիցքավորված էլեկտրոդը լուծույթից կգրավի մետաղական կատիոններ, ինչի արդյունքում համակարգում կհաստատվի հավասարակշռություն.

M M n+ + ne - ,

որի դեպքում էլեկտրոդը կունենա բացասական լիցք, իսկ դրան հարող լուծույթի շերտը կլինի դրական։ Վերոնշյալ հավասարումը նկարագրում է կիսա-ռեակցիան, որի օքսիդացված ձևը M n+ կատիոններն են, իսկ վերականգնվածը՝ մետաղի M ատոմները:

Բրինձ. 26. Միջերեսում պոտենցիալ տարբերության առաջացման մեխանիզմներ

էլեկտրոդը լուծում է:

Եթե ​​դիտարկվող համակարգ մտցվի աղ, որը տարանջատման ժամանակ բաժանում է M n+ կատիոնները, հավասարակշռությունը կտեղափոխվի դեպի հակառակ ռեակցիա: M n+-ի բավական բարձր կոնցենտրացիայի դեպքում հնարավոր է դառնում մետաղական իոններ նստեցնել էլեկտրոդի վրա, որն այս դեպքում դրական լիցք կստանա, մինչդեռ անիոնների ավելցուկ պարունակող էլեկտրոդի մակերեսին հարող լուծույթի շերտը բացասական լիցքավորված կլինի։ Էլեկտրոդի լիցքի նշանը, ի վերջո, որոշվելու է մետաղի քիմիական ակտիվությամբ, որը նպաստում է բացասական լիցքի առաջացմանը, և լուծույթում մետաղի կատիոնի կոնցենտրացիան, որի ավելացումը նպաստում է դրական լիցքի առաջացմանը։ . Այնուամենայնիվ, ամեն դեպքում, նման համակարգում ձևավորվում է կրկնակի էլեկտրական շերտ և էլեկտրոդ-լուծույթ միջերեսում տեղի է ունենում պոտենցիալ թռիչք (նկ. 26): Էլեկտրոդ-լուծույթի միջերեսում պոտենցիալ թռիչքը կոչվում է էլեկտրոդի պոտենցիալ:

Մեր օրինակում էլեկտրոդի մետաղը ենթարկվել է քիմիական փոփոխություններ. Այս պայմանը անհրաժեշտ չէ էլեկտրոդի ներուժի առաջացման համար: Եթե ​​որևէ իներտ էլեկտրոդ (գրաֆիտ կամ պլատին) ընկղմված է լուծույթի մեջ, որը պարունակում է կիսա-ռեակցիայի օքսիդացված և նվազեցված ձևեր (OP և VF), ապա էլեկտրոդ-լուծույթի միջերեսում նույնպես տեղի կունենա պոտենցիալ թռիչք: Էլեկտրոդային ներուժի առաջացումը այս դեպքում կորոշվի կիսա-ռեակցիայի ընթացքով.

OF + ne - WF

Քանի որ էլեկտրոնների փոխանակումն անցնում է էլեկտրոդի մակերևույթով, որն այս դեպքում միջնորդի դեր է խաղում, հավասարակշռության անցումը դեպի ուղիղ ռեակցիա կնպաստի էլեկտրոդի վրա դրական լիցքի առաջացմանը և հակառակ ռեակցիային։ - բացասական: Էլեկտրոդը քիմիապես չի փոխվի. այն կծառայի միայն որպես էլեկտրոնների աղբյուր կամ ստացող: Այսպիսով, ցանկացած ռեդոքս ռեակցիա կարող է բնութագրվել որոշակի արժեքով ռեդոքսային ներուժ – պոտենցիալ տարբերություն, որն առաջանում է իներտ էլեկտրոդի մակերեսի վրա, որը ընկղմված է նյութի օքսիդացված և նվազեցված ձև պարունակող լուծույթի մեջ:

Էլեկտրոդի ներուժի արժեքը կախված է օքսիդացված և կրճատված ձևերի բնույթից և կոնցենտրացիայից, ինչպես նաև ջերմաստիճանից: Այս կախվածությունը արտահայտվում է Nernst հավասարմամբ.

,

որտեղ R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է, T-ը բացարձակ ջերմաստիճանն է, n-ը էլեկտրոնների թիվը, որոնք համապատասխանում են օքսիդացված ձևի անցմանը վերականգնվածին, F-ը Ֆարադեյի թիվն է (96485 C մոլ -1), C ox և C: կարմիրը օքսիդացված և կրճատված ձևերի կոնցենտրացիաներն են, x և y գործակիցները կիսա-ռեակցիայի հավասարման մեջ, E˚ էլեկտրոդի պոտենցիալն է, որը վերաբերում է ստանդարտ պայմաններին (p = 101,326 կՊա, T = 298 K, C ox = C կարմիր: = 1 մոլ/լ): E˚-ի արժեքները կոչվում են ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալներ:

298 Կ ջերմաստիճանի դեպքում Ներնստի հավասարումը հեշտությամբ վերածվում է ավելի պարզ ձևի.

Անհնար է չափել էլեկտրոդների պոտենցիալների բացարձակ արժեքները, այնուամենայնիվ, հնարավոր է որոշել էլեկտրոդի պոտենցիալների հարաբերական արժեքները՝ համեմատելով չափված ներուժը որպես ստանդարտ վերցված մյուսի հետ: Ջրածնի էլեկտրոդի ստանդարտ ներուժը օգտագործվում է որպես այդպիսի հղման ներուժ: Ջրածնի էլեկտրոդը պլատինե ափսե է, որը պատված է ծակոտկեն պլատինի շերտով (պլատինի սև) և ընկղմված է ծծմբաթթվի լուծույթի մեջ 1 մոլ/լ ջրածնի կատիոնի ակտիվությամբ 298 Կ ջերմաստիճանում: Պլատինի թիթեղը հագեցած է ջրածնով: ճնշումը 101,326 կՊա (նկ. 27): Պլատինի կողմից կլանված ջրածինը ավելի ակտիվ է, քան պլատինը, և էլեկտրոդն իրեն պահում է այնպես, կարծես այն պատրաստված է ջրածնից: Արդյունքում, կիսա-ռեակցիայի պատճառով համակարգում առաջանում է էլեկտրոդային պոտենցիալ

H 2 ¾ 2H ¾® 2H + + 2e -

Այս ներուժը պայմանականորեն ընդունված է զրո. Եթե ​​այս կամ այն ​​կիսա-ռեակցիայի օքսիդացված ձևն ավելի ակտիվ օքսիդացնող նյութ է, քան ջրածնի կատիոնը, ապա այս կիսա-ռեակցիայի էլեկտրոդային ներուժի արժեքը դրական կլինի, հակառակ դեպքում՝ բացասական։ Ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքները տրված են տեղեկատու աղյուսակներում:

Բրինձ. 27. Ջրածնի էլեկտրոդի կառուցվածքի սխեման.

Nernst հավասարումը հնարավորություն է տալիս հաշվարկել էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքները տարբեր պայմաններ. Օրինակ, պահանջվում է որոշել կիսա-ռեակցիայի էլեկտրոդի ներուժը.

MnO 4 - + 8H + + 5e - \u003d Mn 2+ + 4H 2 O,

եթե ջերմաստիճանը 320 K է, իսկ MnO 4 - , Mn 2+ և H + կոնցենտրացիաները համապատասխանաբար 0,800 են; 0,0050 եւ 2,00 մոլ/լ. Այս կես ռեակցիայի E˚ արժեքը 1,51 Վ է: Համապատասխանաբար,

Redox ռեակցիաների ուղղությունը. Քանի որ էլեկտրոդի ներուժը կապված է Գիբսի ազատ էներգիայի փոփոխության հետ՝ հարաբերությամբ.

էլեկտրոդների պոտենցիալները կարող են օգտագործվել ռեդոքս պրոցեսների ուղղությունը որոշելու համար:

Թող ռեդոքս ռեակցիան համապատասխանի կիսա-ռեակցիային.

X(1) + n 1 e - = Y (1); ΔG° 1 = -n 1 FE° 1,

X(2) + n 2 e - = Y (2); ΔG° 2 = -n 2 FE° 2

Միանգամայն ակնհայտ է, որ այս կես ռեակցիաներից մեկը պետք է ընթանա ձախից աջ (վերականգնման գործընթաց), իսկ մյուսը՝ աջից ձախ (օքսիդացման գործընթաց): Գիբսի էներգիայի փոփոխությունը դիտարկվող ռեակցիայի համար կորոշվի կիսա-ռեակցիաների էլեկտրոդների պոտենցիալների տարբերությամբ

ΔG° = aΔG° 2 - bΔG° 1 = -nF(E° 2 - E° 1);

որտեղ a-ն և b-ն գործոններ են, որոնք հավասարեցնում են ռեակցիայի ընթացքում տրված և կցված էլեկտրոնների թիվը (n \u003d an 1 \u003d bn 2): Որպեսզի ռեակցիան ինքնաբերաբար ընթանա, ΔG-ի արժեքը պետք է լինի բացասական, և դա տեղի կունենա, երբ E 2 > E 1: Այսպիսով, OVR-ի գործընթացում այն, որի համար էլեկտրոդի պոտենցիալն ավելի բարձր է, կրճատվում է երկու օքսիդացված ձևերից, իսկ այն, որի համար էլեկտրոդի պոտենցիալն ավելի ցածր է, օքսիդացված է երկու կրճատված ձևերից:

Օրինակ.Որոշեք ռեակցիայի ուղղությունը ստանդարտ պայմաններում.

MnO 4 - + 5Fe 2+ + 8H + = Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2 O

Մենք գրում ենք երկու օքսիդացված ձևերի կրճատվածներին անցնելու հավասարումները և, օգտագործելով հղման աղյուսակները, գտնում ենք էլեկտրոդի պոտենցիալների համապատասխան արժեքները.

Fe 3+ + 1e - = Fe 2+ │5 E° 1 = 0,77 B

MnO 4 - + 8H + + 5e - = Mn 2+ + 4H 2 O │1 E° 2 = 1,51 Վ

Քանի որ E° 2 > E° 1 , երկրորդ կես ռեակցիան կշարունակվի ձախից աջ, իսկ առաջին կես ռեակցիան աջից ձախ: Այսպիսով, գործընթացը կշարունակվի ուղղակի արձագանքի ուղղությամբ։

Գալվանական բջիջ

Redox ռեակցիաները, ինչպես արդեն նշվեց, ուղեկցվում են էլեկտրոնների տեղափոխմամբ վերականգնող նյութից դեպի օքսիդացնող նյութ։ Եթե ​​առանձնացնենք օքսիդացման և կրճատման գործընթացները տարածության մեջ, ապա կարող ենք ստանալ էլեկտրոնների ուղղորդված հոսք, այսինքն. էլեկտրաէներգիա։ Սարքեր, որոնք քիմիական էներգիա Redox ռեակցիան վերածվում է էլեկտրական հոսանքի էներգիայի, որը կոչվում է քիմիական աղբյուրներըընթացիկ կամ գալվանական բջիջներ.

Ամենապարզ դեպքում գալվանական բջիջը բաղկացած է երկու կիսաբջիջներից՝ համապատասխան աղերի լուծույթներով լցված անոթներից, որոնց մեջ ընկղմված են մետաղական էլեկտրոդներ։ Կիսաբջիջները միացված են U-աձև խողովակով (սիֆոն), որը լցված է էլեկտրոլիտային լուծույթով կամ կիսաթափանցիկ թաղանթով, որը թույլ է տալիս իոններին անցնել մի կիսաբջջից մյուսը։ Եթե ​​էլեկտրոդները միացված չեն արտաքին հաղորդիչով, ապա կիսաէլեմենտները գտնվում են հավասարակշռության վիճակում, որն ապահովում է էլեկտրոդների որոշակի լիցքավորումը։ Եթե ​​շղթան փակ է, հավասարակշռությունը խախտվում է, քանի որ էլեկտրոնները կսկսեն շարժվել ավելի ցածր էլեկտրոդային պոտենցիալ ունեցող էլեկտրոդից դեպի ավելի բարձր էլեկտրոդային պոտենցիալ ունեցող էլեկտրոդ: Արդյունքում, համակարգում կսկսի ընթանալ ռեդոքս ռեակցիա, և կրճատման գործընթացը տեղի կունենա բարձր պոտենցիալ արժեք ունեցող էլեկտրոդի վրա, իսկ օքսիդացման գործընթացը տեղի կունենա ավելի ցածր պոտենցիալ արժեք ունեցող էլեկտրոդի վրա: Էլեկտրոդը, որի վրա ընթանում է վերականգնողական ռեակցիան, կոչվում է կաթոդ. էլեկտրոդը, որտեղ ընթանում է օքսիդացման ռեակցիան, անոդն է:

Բրինձ. 28. Պղինձ-ցինկ գալվանական բջիջի կառուցվածքի սխեման.

Որպես օրինակ դիտարկենք Դանիել-Ջակոբի տարրը, որը բաղկացած է պղնձի և ցինկի էլեկտրոդներից՝ ընկղմված այս մետաղների սուլֆատների լուծույթներում (նկ. 28): Այս տարրում օքսիդացված ձևերն են՝ Zn 2+ և Cu 2+ կատիոնները, վերականգնված ձևերը՝ ցինկը և պղինձը։ Համակարգի համար կիսա-ռեակցիայի հավասարումները ունեն ձև.

Zn 2+ + 2e - = Zn 0; E° 1 = -0,76 Բ

Cu 2+ + 2e - = Cu 0; E° 2 = 0,34 Վ

Քանի որ E° 2 > E° 1 , երկրորդ կես ռեակցիան կշարունակվի ձախից աջ, իսկ առաջինը աջից ձախ, այսինքն. Համակարգում տեղի կունենա հետևյալ ռեակցիան.

Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu

Գործընթացը կշարունակվի մինչև ցինկի էլեկտրոդը լուծարվի կամ պղնձի բոլոր իոնները վերականգնվեն: Պղինձ-ցինկ տարրի դեպքում կաթոդը պղնձի էլեկտրոդ է (որի վրա Cu 2+ իոնները վերածվում են մետաղական պղնձի), իսկ անոդը ցինկի էլեկտրոդ է (որի վրա ցինկի ատոմները օքսիդացվում են Zn 2+ իոնների): . Տարրի էլեկտրաշարժիչ ուժը հավասար է կաթոդի և անոդի էլեկտրոդի պոտենցիալների տարբերությանը.

ΔE = E կաթոդ - E անոդ

Ստանդարտ պայմաններում ΔE \u003d 0.34 - (-076) \u003d 1.10 (V):

Գալվանական բջիջների շղթան գրելու համար օգտագործեք հետևյալ ձևը.

Անոդ │ Անոդային լուծույթ ││ Կաթոդային լուծույթ │ Կաթոդ

Անոդի և կաթոդի լուծույթների համար համապատասխան իոնների կոնցենտրացիաները նշվում են այն պահին, երբ գալվանական բջիջը սկսում է աշխատել: Այսպիսով, Դանիել-Ջակոբի տարրը՝ CuSO 4 և ZnSO 4 կոնցենտրացիաներով, որոնք հավասար են 0,01 մոլ/լ-ի, համապատասխանում է սխեմային.

Zn │ Zn 2+ (0,01 M) ││ Cu 2+ (0,01 M) │ Cu

Չափելով գալվանական բջիջների EMF-ը, որոշվում են որոշակի կիսա-ռեակցիաների ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալները: Օրինակ, անհրաժեշտ է սահմանել կիսարեակցիայի Е˚.

Fe 3+ + 1e - = Fe 2+

Դա անելու համար բավական է հավաքել գալվանական բջիջ.

Pt│H 2 (g) (101.3 kPa), H + (1M) ││Fe 3+ (1M), Fe 2+ (1M) │Pt

և չափեք դրա EMF-ը, վերջինս 0,77 Վ է: Հետևաբար.

E°(Fe +3 /Fe +2) = DE + E°(H + /H) = 0.77V + 0 = +0.77V

Էլեկտրոլիզ

Էլեկտրոլիտի լուծույթի կամ հալոցի միջով էլեկտրական հոսանք անցնելով՝ հնարավոր է իրականացնել ռեդոքս ռեակցիաներ, որոնք ինքնաբերաբար չեն ընթանում։ Էլեկտրոդների վրա առանձին օքսիդացման և նվազեցման գործընթացը, որն իրականացվում է արտաքին աղբյուրից էլեկտրական հոսանքի հոսքով, կոչվում է էլեկտրոլիզ։

Էլեկտրոլիզի ժամանակ անոդը դրական էլեկտրոդն է, որի վրա տեղի է ունենում օքսիդացման պրոցեսը, իսկ կաթոդը՝ բացասական էլեկտրոդը, որի վրա տեղի է ունենում վերականգնողական պրոցեսը։ «Անոդ» և «կաթոդ» անվանումները, հետևաբար, կապված չեն էլեկտրոդի լիցքի հետ՝ էլեկտրոլիզի ժամանակ անոդը դրական է, իսկ կաթոդը՝ բացասական, և հակառակը գալվանական բջիջի աշխատանքի ժամանակ։ Էլեկտրոլիզի ժամանակ անոդը օքսիդացնող է, իսկ կաթոդը՝ վերականգնող նյութ։ Քանակականորեն էլեկտրոլիզի գործընթացը նկարագրված է Մ.Ֆարադեյի (1833) օրենքներով.

1. Էլեկտրոդի վրա արձակված նյութի զանգվածը համաչափ է լուծույթի կամ հալոցի միջով անցած էլեկտրաէներգիայի քանակին:

2. Էլեկտրոդի վրա ցանկացած նյութի մեկ մոլային համարժեք ազատելու համար անհրաժեշտ է նույն քանակությամբ էլեկտրաէներգիա:

Ընդհանուր առմամբ, Ֆարադեյի օրենքներն արտահայտվում են հետևյալ հավասարմամբ.

որտեղ m-ը էլեկտրոլիզի արտադրանքի զանգվածն է, I-ը հոսանքի ուժգնությունն է, t-ը հոսանքի անցման ժամանակն է, F-ը հաստատուն է, որը հավասար է 96485 C-ի: մոլ -1 (Ֆարադայի թիվ), M e - նյութի համարժեք զանգված:

Ինչպես արդեն նշվեց, էլեկտրոլիտների և՛ լուծույթները, և՛ հալվածքները ենթարկվում են էլեկտրոլիզացման: Հալվածքների էլեկտրոլիզն ընթանում է առավել պարզ: Այս դեպքում կատիոնը կրճատվում է կաթոդում, իսկ էլեկտրոլիտի անիոնը օքսիդանում է անոդում։ Օրինակ, նատրիումի քլորիդի հալոցի էլեկտրոլիզը ընթանում է հետևյալ հավասարումների համաձայն.

Կաթոդիկ գործընթաց՝ Na + + 1e - = Na | 2

Էլեկտրոլիզի հավասարում. 2NaCl \u003d 2Na + Cl 2

Լուծումների էլեկտրոլիզը շատ ավելի բարդ է ընթանում, քանի որ այս դեպքում ջրի մոլեկուլները կարող են ենթարկվել էլեկտրոլիզի։ Էլեկտրոլիզի ընթացքում ջուրը կարող է և՛ օքսիդանալ, և՛ կրճատվել՝ համաձայն հետևյալ կիսա-ռեակցիաների.

1. Ջրի վերականգնում (կաթոդիկ գործընթաց).

2H 2 O + 2e - \u003d H 2 + 2OH -; E° = -0,83 Վ

2. Ջրի օքսիդացում (անոդիկ գործընթաց).

2H 2 O - 4e - \u003d 4H + + O 2; E° = 1,23 Վ

Հետևաբար, ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակ նկատվում է էլեկտրոդային պրոցեսների միջև մրցակցություն էլեկտրոդային պոտենցիալների տարբեր արժեքներով: Իդեալական դեպքում էլեկտրոդի պոտենցիալի ամենաբարձր արժեքով կիսա-ռեակցիան պետք է տեղի ունենա կաթոդում, իսկ անոդում՝ կիսա-ռեակցիան ամենափոքր արժեքըէլեկտրոդի ներուժը. Այնուամենայնիվ, իրական գործընթացների համար էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքը միակ գործոնը չէ, որն ազդում է փոխազդեցության բնույթի վրա:

Շատ դեպքերում էլեկտրոլիզի մրցակցային ռեակցիաների միջև ընտրությունը կարող է կատարվել հետևյալ կանոնների հիման վրա.

1. Եթե ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների շարքի մետաղը գտնվում է ջրածնի աջ կողմում, ապա մետաղը կրճատվում է կաթոդի վրա:

2. Եթե ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների շարքի մետաղը գտնվում է ալյումինից ձախ կողմում (ներառյալ), ապա կաթոդում ջրածինը ջրի նվազման պատճառով ազատվում է:

3. Եթե ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների շարքի մետաղը տեղ է զբաղեցնում ալյումինի և ջրածնի միջև, ապա կաթոդում տեղի է ունենում մետաղի և ջրածնի զուգահեռ կրճատում:

4. Եթե էլեկտրոլիտը պարունակում է թթվածին պարունակող թթուների անիոններ, հիդրոքսիլ կամ ֆտորիդային անիոն, ապա ջուրը օքսիդացվում է անոդում։ Մնացած բոլոր դեպքերում էլեկտրոլիտային անիոնը օքսիդացվում է անոդում։ Անոդում վերականգնող նյութերի օքսիդացման այս կարգը բացատրվում է նրանով, որ կիսա-ռեակցիաները.

F 2 + 2e - \u003d 2F -

համապատասխանում է էլեկտրոդի շատ բարձր պոտենցիալին (E° = 2,87 Վ), և այն գրեթե երբեք չի գիտակցվում, եթե հնարավոր է այլ մրցակցային ռեակցիա: Ինչ վերաբերում է թթվածին պարունակող անիոններին, ապա դրանց օքսիդացման արդյունքը մոլեկուլային թթվածինն է, որը համապատասխանում է բարձր գերլարման (0,5 Վ պլատինե էլեկտրոդի վրա)։ Այդ պատճառով քլորիդների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակ քլորիդ իոնները օքսիդանում են անոդում, թեև կիսա-ռեակցիայի էլեկտրոդային ներուժը.

2Cl - - 2e - \u003d Cl 2; E° = 1,36 Վ

ավելի բարձր, քան ջրի օքսիդացման էլեկտրոդի ներուժը (E° = 1,23 V):

Էլեկտրոդի նյութը նույնպես ազդում է էլեկտրոլիզի գործընթացի վրա: Կան իներտ էլեկտրոդներ, որոնք չեն փոխվում էլեկտրոլիզի ժամանակ (գրաֆիտ, պլատին), և ակտիվ էլեկտրոդներ, որոնք էլեկտրոլիզի ժամանակ ենթարկվում են քիմիական փոփոխությունների։

Դիտարկենք լուծույթի էլեկտրոլիզի մի քանի օրինակ:

Օրինակ 1. Պղնձի(II) սուլֆատի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզ իներտ էլեկտրոդներով։

CuSO 4 \u003d Cu 2+ + SO

Կաթոդիկ գործընթաց՝ Cu 2+ + 2e - = Cu | 2

Էլեկտրոլիզի հավասարում. 2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu + 4H + + O 2

կամ 2СuSO 4 + 2H 2 O \u003d 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2

Օրինակ 2. Պղնձի սուլֆատի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզը պղնձի անոդով:

Կաթոդիկ գործընթաց՝ Сu 2+ + 2e - = Cu

Անոդային գործընթաց՝ Cu 0 - 2e - = Cu 2+

Էլեկտրոլիզը կրճատվում է մինչև պղնձի տեղափոխումը անոդից կաթոդ:

Օրինակ 3. Նատրիումի սուլֆատի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզ իներտ էլեկտրոդներով:

Na 2 SO 4 \u003d 2Na + + SO

Կաթոդիկ գործընթաց՝ 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - | 2

Անոդային պրոցես՝ 2H 2 O - 4e - = 4H + + O 2 | մեկ

Էլեկտրոլիզի հավասարումը՝ 2H 2 O = 2H 2 + O 2

Էլեկտրոլիզը նվազեցվում է ջրի քայքայման:

Օրինակ 4. Նատրիումի քլորիդի ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզ իներտ էլեկտրոդներով:

NaCl \u003d Na + + Cl -

Կաթոդիկ գործընթաց՝ 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - | մեկ

Անոդային պրոցեսը` 2Cl - - 2e - = Cl 2 | մեկ

Էլեկտրոլիզի հավասարում. 2Cl - + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2OH -

կամ 2NaCl + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2 + Cl 2

Արդյունաբերության մեջ էլեկտրոլիզը լայնորեն կիրառվում է մի շարք ակտիվ մետաղներ(ալյումին, մագնեզիում, ալկալի և հողալկալային մետաղներ), ջրածին, թթվածին, քլոր, նատրիումի հիդրօքսիդ, ջրածնի պերօքսիդ, կալիումի պերմանգանատ և մի շարք այլ գործնականորեն կարևոր նյութեր։ Էլեկտրոլիզը օգտագործվում է ամուր մետաղական թաղանթներ կիրառելու համար՝ մետաղները կոռոզիայից պաշտպանելու համար:

Կոլոիդային լուծույթներ