რუსეთის ფედერაციის განათლების ფედერალური სააგენტო. რედოქსის რეაქციები რედოქსის რეაქციები ტყვიმჟავას ბატარეაში

დაჟანგვისა და შემცირების ელექტრონული ცნებები. ქიმიური რეაქციები შეიძლება მიმდინარეობდეს ელემენტების დაჟანგვის მდგომარეობის ცვლილების გარეშე, მაგალითად:

თუ პირველ მაგალითში (ნეიტრალიზაციის რეაქცია) არცერთი ელემენტი არ ცვლის ჟანგვის მდგომარეობას, მაშინ მეორეში თუთიის დაჟანგვის მდგომარეობა იცვლება +2-დან 0-მდე და ნახშირბადის ჟანგვის მდგომარეობა 0-დან +2-მდე.

რეაქციებს, რომლებიც მიმდინარეობს ელემენტების ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილებით, რედოქს რეაქციებს უწოდებენ.

ჟანგვის მდგომარეობების ცვლილება აშკარად განპირობებული იყო ორი ელექტრონის ნახშირბადიდან თუთიაზე გადასვლით, რაც შეიძლება გამოიხატოს ჟანგვის და შემცირების ნახევარრეაქციის ელექტრონული განტოლებები,რომელიც დამატებისას იძლევა რედოქსის რეაქციის განტოლება:

შემცირების აგენტი დაჟანგვა;

ჟანგვის აგენტი აღდგენა;

ელემენტი, მინიჭებაელექტრონებს უწოდებენ შემცირების აგენტი,რეაქციის დროს მან იჟანგება,მისი ხარისხი ჟანგვა იზრდება.

ელემენტი, მიღებაელექტრონებს უწოდებენ ჟანგვის აგენტი,რეაქციის დროს მან გამოჯანმრთელება,მისი ხარისხი დაჟანგვა მცირდება.

ჟანგვის აგენტისა და შემცირების ცნებები ასევე ეხება მარტივ და რთულ ნივთიერებებს, რომლებიც შეიცავს შესაბამის ელემენტებს. მოცემულ მაგალითში, აღმდგენი საშუალება არის მარტივი ნივთიერება: ნახშირბადი C, ჟანგვის აგენტი არის რთული ნივთიერება: თუთიის ოქსიდი. ZnO.

ზოგადად, რედოქს რეაქცია შეიძლება იყოს შექცევადი, რის შედეგადაც აღმდგენი აგენტი გარდაიქმნება ჟანგვის აგენტად, ხოლო ჟანგვის აგენტი - აღმდგენი აგენტად:

შემცირების აგენტი -ნე ↔ ოქსიდიზატორი

ოქსიდიზატორი + ნე ↔ რედუქტორი

ამრიგად, რედოქსის რეაქცია არის ორი ნახევრადრეაქციის განუყოფელი ერთობა - დაჟანგვა და რედუქცია, ხოლო აღმდგენი აგენტის მიერ შემოწირული და ჟანგვის აგენტის მიერ მიღებული ელექტრონების რაოდენობა ტოლია.

მარტივი და რთული ნივთიერებების რედოქსის თვისებები. მარტივი ნივთიერებები - ლითონები, რომლებსაც აქვთ მცირე ელექტრონეგატიურობა, შედარებით ადვილად კარგავენ ელექტრონებს უკიდურესად რეგენერაციული თვისებები.ისინი ყველაზე მეტად გამოხატულია ტუტე ლითონებში. მარტივი ნივთიერებებისთვის დამახასიათებელია მაღალი ელექტროუარყოფითობის არამეტალები ჟანგვის თვისებები.ფტორი არის აბსოლუტური ჟანგვის აგენტი; ჟანგბადის თვისებები ასევე გამოხატულია ჟანგბადში (გარდა ფტორთან რეაქციისა, სადაც ჟანგბადი ასრულებს შემცირების როლს). თუმცა, შედარებით დაბალი ელექტრონეგატიურობის მქონე არამეტალებს, მაგალითად, ნახშირბადს, წყალბადს, ჟანგვის თვისებებთან ერთად, შეუძლიათ აგრეთვე გამოავლინონ შემცირების თვისებები, ელექტრონების დონაცია უფრო ძლიერ ჟანგვის აგენტებს.

რთული ნივთიერებები შეიძლება იყოს ჟანგვის ან შემცირების აგენტები, რაც დამოკიდებულია ელემენტების ჟანგვის მდგომარეობის სიდიდეზე, რომლებიც ქმნიან მათ შემადგენლობას.

თუ მოცემულ ნაერთში ელემენტის დაჟანგვის მდგომარეობა მაღალია, მას აქვს უნარი, შეამციროს იგი ელექტრონების მიღებით. ნივთიერება ამ შემთხვევაში იქნება ჟანგვის აგენტი. ყველაზე მნიშვნელოვანი ჟანგვის აგენტებია: აზოტის მჟავა Hარა სთ და მისი მარილები - ნიტრატები, აზოტის ტეტრაოქსიდი N 2 O 4 , პერქლორინის მჟავას НС1О 4 მარილები - პერქლორატები, კალიუმის პერმანგანატი KMnO 4 და სხვ.

თუ ნაერთი შეიცავს ელემენტს დაბალი ჟანგვის მდგომარეობით, მას შეუძლია გაზარდოს იგი ელექტრონების შემოწირულობით. რთული ნივთიერება, რომელიც შეიცავს ასეთ ელემენტს, გამოავლენს შემცირების თვისებებს. ყველაზე მნიშვნელოვანი შემცირების აგენტებია ამიაკი N H 3, ჰიდრაზინი N 2 H 4 და მისი ორგანული წარმოებულები, ნახშირწყალბადები, სპირტები, ამინები და სხვა ნივთიერებები.

ცხადია, თუ ნაერთი შეიცავს ელემენტს შუალედური დაჟანგვის მდგომარეობით, მას შეუძლია შეამციროს ის ელექტრონების მიღებით, ან გაზარდოს ელექტრონების შემოწირულობით. ჟანგვის აგენტისა და შემცირების ცნებები ამ შემთხვევაში ხდება შედარებითი: ნივთიერება, რეაქციის პარტნიორის თვისებებიდან გამომდინარე, გამოავლენს ან ჟანგვის ან შემცირების თვისებებს. მაგალითია წყალბადის ზეჟანგი H 2 O 2, ჟანგბადის დაჟანგვის მდგომარეობა, რომელშიც უდრის -1. მისი მნიშვნელობა შეიძლება შემცირდეს -2-მდე ერთი ელექტრონის მიმაგრებით ან გაიზარდოს 0-მდე მისი გაცემით. ამიტომ, ენერგეტიკულ აღმდგენი აგენტებთან ურთიერთობისას, წყალბადის ზეჟანგი იქცევა როგორც ჟანგვის აგენტი, ხოლო ენერგიულ ჟანგვის აგენტებთან რეაქციაში, როგორც შემცირების აგენტი.

რედოქსის რეაქციების განტოლებების შედგენა.

რედოქსის რეაქციები ხშირად გამოხატულია რთულ განტოლებებში. მათში კოეფიციენტების შესარჩევად გამოიყენება ორი მეთოდი: ელექტრონული განტოლებების მეთოდი და ელექტრო-იონური განტოლებების მეთოდი.

ელექტრონული განტოლებების მეთოდი ეფუძნება ჟანგვის მდგომარეობის კონცეფციას. ის უნივერსალურია და გამოიყენება ყველა სახის რედოქს რეაქციისთვის. მეთოდი მოიცავს შემდეგ ოპერაციებს:

1. ჩაწერეთ რეაქციის სქემა, რომელიც მიუთითებს ელემენტების ჟანგვის მდგომარეობაზე, მაგალითად:

2. დაადგინეთ ელემენტები, რომლებმაც შეცვალეს ჟანგვის მდგომარეობა. ამ რეაქციაში, ჟანგვის მდგომარეობა შეიცვალა ნახშირბადით და აზოტით; წყალბადისა და ჟანგბადისთვის, ჟანგვის მდგომარეობის მნიშვნელობა უცვლელი დარჩა.

3. შეადგინეთ ჟანგვის და შემცირების ნახევარრეაქციის ელექტრონული განტოლებები შესაბამისობის მიხედვით მასების და მუხტების თანასწორობა:

შემცირების აგენტის მიერ გაცემული და ჟანგვის აგენტის მიერ მიღებული ელექტრონების რიცხვი უნდა იყოს ტოლი, ამიტომ პირველი განტოლება უნდა გამრავლდეს სამზე, ხოლო მეორე ოთხზე. მითითებული ფაქტორები არის კოეფიციენტები შემცირების აგენტისთვის C, ჟანგვის აგენტისთვის HNO 3 და მათი კონვერტაციის პროდუქტები CO დაარა:

3C + 4HNO 3 ® 3CO 2 + 4NO + H 2 O,

4. მუდმივი ჟანგვის მდგომარეობის მქონე ელემენტებისაგან შემდგარი დარჩენილი ნივთიერებების კოეფიციენტები ნაპოვნია განტოლების მარცხენა და მარჯვენა მხარეს შესაბამისი ატომების ბალანსიდან. განხილულ რეაქციაში ასეთი ნივთიერებაა წყალი, რომლის ფორმულის წინ უნდა დააყენოთ ორი ფაქტორი. საბოლოო განტოლება დაიწერება შემდეგნაირად:

3C + 4HNO 3 ® 3CO 2 + 4NO + 2H 2 O

ელექტრონ-იონის განტოლებების მეთოდი გამოიყენება ელექტროლიტების ხსნარებში მიმდინარე რეაქციების განტოლებების შედგენისას. ამ შემთხვევაში, ჟანგვის მდგომარეობა არ არის განსაზღვრული და აღირიცხება ჟანგვის და შემცირების პროცესები მართლაიონები და მოლეკულები ხსნარში.

მასის ბალანსის შესანარჩუნებლად გამოიყენება საშუალო ნაწილაკები, რომელშიც რეაქცია მიმდინარეობს. ნებისმიერ წყალხსნარში ეს არის წყლის მოლეკულები, მჟავე - დამატებით H + იონები და ტუტე - OH - იონები.

მოქმედებების თანმიმდევრობა ასეთია:

1. შეადგინეთ იონური რეაქციის სქემა, აღრიცხეთ ძლიერი ელექტროლიტები იონების, აირისებრი, უხსნადი ნივთიერებების და სუსტი ელექტროლიტების სახით მოლეკულების სახით:

С + Н + + NO 3 - ® CO 2 + NO + Н 2 О

2.დაწერეთ დაჟანგვის ნახევარრეაქციის ელექტრონ-იონის განტოლებები და აღდგენა.

ამ რეაქციაში ნახშირბადი C მოქმედებს როგორც შემამცირებელი აგენტი, რომელიც დაჟანგვის დროს გადაიქცევა ნახშირორჟანგად CO2. მასის ბალანსის შესანარჩუნებლად ორი H 2 O მოლეკულა ემატება განტოლების მარცხენა მხარეს, ხოლო ოთხი H იონი - მარჯვენა მხარეს. მუხტების ბალანსი შენარჩუნებულია განტოლების მარცხენა მხრიდან ოთხი ელექტრონის გამოკლებით:

С + 2Н 2 О - 4е ® С O 2 + 4Н +

ჟანგვის აგენტი არის იონი NO 3 - გადაქცევაარა მასის ბალანსი ამ შემთხვევაში უზრუნველყოფილია ორი მოლეკულის დამატებით H 2 O განტოლების მარჯვენა მხარეს და ოთხი H + იონი მარცხენა მხარეს. ვინაიდან განტოლების მარცხენა მხარეს ნაწილაკების მთლიანი მუხტი არის პლუს სამი, ხოლო მარჯვნივ - ნულოვანი, მარცხენა მხარეს უნდა დაემატოს სამი ელექტრონი:

NO 3 - + 4Н + + 3е ® NO + H 2 O

3. ნახევრადრეაქციის განტოლებები შეჯამებულია, წინასწარ გათანაბრდება მოცემული და მიღებული ელექტრონების რაოდენობა:

ასეთი წევრების შემცირების შემდეგ მიიღება იონური განტოლება:

ЗС + 4H + + 4 NO 3 - ® ЗСО 2 + 4 NO + 2Н 2 О

4. შეუთავსეთ იონები მოლეკულებად და მიიღეთ საბოლოო მოლეკულური განტოლებარეაქციები:

3С + 4Н NO 3 ® 3СО 2 + 4 NO + 2Н 2 О

რედოქსული რეაქციების განტოლებების შედგენის განხილული მეთოდების შედარებისას, უნდა აღინიშნოს, რომ ორივე მათგანი ერთსა და იმავე საბოლოო შედეგამდე მივყავართ. თუმცა, ელექტრო-იონური განტოლებების მეთოდი უფრო ინფორმატიულია, ის მოქმედებს არა ჰიპოთეტური, არამედ რეალური იონებითა და ელექტროლიტების ხსნარებში არსებული მოლეკულებით. განსაკუთრებით სასარგებლოა ელექტროქიმიური პროცესების აღწერისას.

5.2. ელექტროქიმიური სისტემები.

ელექტროდის პოტენციალი. ქიმიური და ელექტრული ენერგიის ურთიერთ გარდაქმნის პროცესებს ელექტროქიმიური ეწოდება. ეს გარდაქმნები ხორციელდება რედოქსის რეაქციების შედეგად, რომლებიც ხდება ელექტრონულ და იონურ გამტარებლებს შორის ინტერფეისზე. იონურ გამტართან კონტაქტში მყოფ ელექტრონულ გამტარს ე.წ ელექტროდი.

განვიხილოთ ელექტროდი, რომელიც შედგება აქტიური ლითონის ფირფიტისგან - თუთიისგან, ჩაეფლო თუთიის სულფატის წყალხსნარში, იშლება იონებად:

ZnSO 4 ↔ Zn 2+ SO 4 2-

ფირფიტის ზედაპირზე განლაგებული დადებითად დამუხტული თუთიის კათიონები წყლის პოლარულ მოლეკულებთან ურთიერთქმედების შედეგად იშლება ფირფიტიდან და გადადის ხსნარში, ელექტრონები რჩება მეტალში. ჟანგვის პროცესი ხდება:

Zn 0 - 2е ® Zn 2+

ამავდროულად, ხდება საპირისპირო პროცესიც: თუთიის კათიონები ხსნარიდან იზიდავს ლითონის ზედაპირს და მისი ბროლის გისოსის ნაწილია. აღდგენის პროცესი მიმდინარეობს:

Zn 2+ + 2е ® Zn 0

ხსნარში თუთიის კათიონების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, მეტალიდან იონების გამოყოფის სიჩქარე მცირდება და მატულობს მათი მეტალზე გადასვლის სიჩქარე. როდესაც ამ პროცესების სიჩქარე თანაბარი გახდება, მეტალსა და მის იონებს შორის დამყარდება რედოქს წონასწორობა ლითონ-ელექტროლიტის ინტერფეისზე, რომელიც ჩვენ შევთანხმდით, რომ დავწეროთ როგორც შექცევადი შემცირების პროცესი:

ელექტროდის ელექტროქიმიური წრის ჩაწერისას მისი დაჟანგული ფორმა გამოყოფილია შემცირებული ხაზისგან: Zn +2 / Zn.

ვინაიდან თუთია აქტიური ლითონია, პროცესის წონასწორობა გადადის მარცხნივ, ანუ მეტი იონი გადადის ხსნარში, ვიდრე ბრუნდება. შედეგად თუთიის ფირფიტა იძენს უარყოფით პოტენციალს (ნახ. 5.1 ა).

იგივე პროცესები ხდება, როდესაც დაბალი აქტივობის სპილენძის ლითონის ფირფიტა ჩაეფლო სპილენძის სულფატის ხსნარში და იშლება იონებად:

თუმცა ამ შემთხვევაში ლითონი ხსნარში აგზავნის კათიონების მცირე რაოდენობას, მეტალზე კათიონების დალექვის პროცესი ჭარბობს და წონასწორობა მარჯვნივ გადადის:

სპილენძის ელექტროდი C u 2+ / Cu იძენს დადებით პოტენციალს (ნახ. 5.1.).

სურათი 5.1. ელექტროდის პოტენციალის წარმოშობის სქემა

ა) აქტიური ლითონი; ბ) დაბალი აქტივობის ლითონი

ელექტროდის პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობის გაზომვა შეუძლებელია, შესაბამისად, იგი იზომება საცნობარო ელექტროდის პოტენციალის მიმართ, რომელიც გამოიყენება როგორც სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი (სურათი 5.2).ეს არის პლატინის ფირფიტა გოგირდმჟავას წყალხსნარში წყალბადის იონების კონცენტრაციით Cn + = 1 მოლ/ლ, გარეცხილი წყალბადით 101,3 კპა წნევით 293K ტემპერატურაზე.

პლატინას აქვს წყალბადის შეწოვის უნარი და საზღვარზე

სურათი 5.2. წყალბადის ელექტროდის წრე

ფაზური განცალკევება იქმნება მოლეკულებსა და წყალბადის იონებს შორის წონასწორობით:

2Н + + 2е ↔ Н 2

შესაბამისი ელექტროდის პოტენციალი პირობითად აღებულია როგორც ნული, E 0 2H + / H2 = 0.

ლითონის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი არის პოტენციური განსხვავება მოცემულ ლითონს შორის, რომელიც ჩაეფლო მისი მარილის ხსნარში ლითონის იონების C M კონცენტრაციით. ნ + = 1 მოლ / ლ ტემპერატურაზე 293K და სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი.

სტანდარტული ელექტროდი პოტენციალი არის სისტემის რედოქს აქტივობის საზომი.

თან სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალის მნიშვნელობის გაზრდით, სისტემის შემცირების აქტივობა მცირდება და ჟანგვითი- მზარდი.

ამრიგად, ლითონების სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალის მნიშვნელობის მატებასთან ერთად, მათი ატომების შემცირების აქტივობა მცირდება და იონების ჟანგვითი აქტივობა იზრდება.

ნახევარრეაქციის ელექტროდული პოტენციალების შედარება საშუალებას გვაძლევს გამოვიტანოთ დასკვნა რედოქს პროცესის მიმართულების შესახებ.

განვიხილოთ ჰეტეროგენული რედოქსული რეაქცია, რომელიც წარმოიქმნება, როდესაც თუთიის ფირფიტა ჩაეფლო იონებად დაშლილ სპილენძის სულფატის ხსნარში (ნახ.5.3a):

CuSO 4 ↔ Cu 2+ + SO 4 2-

თუთიისა და სპილენძის ელექტროდულ პოტენციალს აქვს შემდეგი მნიშვნელობა:

Zn 2+ + 2e ↔ Zn 0; E 0 = - 0.76 B

Cu 2+ + 2 e ↔ Cu 0; E 0 = +0.34 B

როგორც ხედავთ, მეორე სისტემისთვის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი უფრო მაღალია, ვიდრე პირველისთვის. შესაბამისად, კონტაქტის დროს მეორე სისტემა მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი, ხოლო პირველი - როგორც შემცირების აგენტი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მეორე რეაქცია წავა მარცხნიდან მარჯვნივ, ხოლო პირველი წავა საპირისპირო მიმართულებით, ანუ თუთია გადასცემს ელექტრონებს სპილენძის იონებს, რითაც გადაანაცვლებს სპილენძს მისი მარილის ხსნარიდან (ნახ.5.3 ა). :

ელექტროდის პოტენციალი წარმოიქმნება არა მხოლოდ მეტალსა და მისი მარილის ხსნარს შორის იონების გაცვლის შედეგად. ნებისმიერი რედოქსის ნახევრად რეაქცია ხასიათდება ელექტროდის პოტენციალის გარკვეული მნიშვნელობით, მაგალითად:

CO 2 + 4H + + 4e ↔ C + 2H 2 O; E ° = +0.21 B,

NO 3 - + 4H + + 3 e ↔ NO + 2 H 2; E ° = +0,96 B

ამ შემთხვევაში იონში ჟანგვითი თვისებები უფრო გამოხატულია NO 3 - , ასე რომ, ეს იონი დაჟანგავს ნახშირბადს, გადაიქცევა აზოტის ოქსიდამდეარა (იხ. 5.1).

ელექტროდის პოტენციალის მნიშვნელობა არ არის მუდმივი, ეს დამოკიდებულია უამრავ ფაქტორზე, კერძოდ, ნივთიერების დაჟანგული და შემცირებული ფორმების თანაფარდობაზე. ეს დამოკიდებულება გამოხატულია ნერნსტის განტოლებით,რომელიც სტანდარტულ ტემპერატურაზე 293K იწერება როგორც:

(5.1),

სადაც: E არის ელექტროდის პოტენციალი ნივთიერების დაჟანგული C ok და შემცირებული C შემცირების ფორმების მოცემულ კონცენტრაციებში, მოლ/ლ,

E ° - სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი,

ნ არის გადაცემული ელექტრონების რაოდენობა.

მარილის ხსნარებში ლითონის ელექტროდებისთვის, შემცირებული ფორმაა ლითონის ატომები, რომელთა კონცენტრაცია არის მუდმივი C M = კონსტ ... ამ შემთხვევაში, ნერნსტის განტოლება იღებს ფორმას:

(5.2)

სადაც:

C m + n - ლითონის იონების კონცენტრაცია, მოლ/ლ;

n არის იონის მუხტი.

ელექტრო დენის ქიმიური წყაროები. განხილულ სისტემებში ელექტრონების გადასვლა შემცირების აგენტიდან ჟანგვის აგენტზე ქაოტურად ხდება, რის შედეგადაც ქიმიური ენერგია გარდაიქმნება თერმულ ენერგიად.

თუმცა, ჟანგვის და შემცირების პროცესების სივრცითი დაყოფით შესაძლებელია ელექტრონების მიმართული მოძრაობის - ელექტრული დენის მიღება. მოწყობილობას, რომელშიც რედოქსის რეაქციის ქიმიური ენერგია გარდაიქმნება ელექტრულ ენერგიად, ეწოდება ქიმიური დენის წყარო ან გალვანური უჯრედი.

სურათი 5.3. ჰეტეროგენული რედოქსის პროცესი:

ა - სივრცით განუყოფელი; გ - სივრცით გამოყოფილი

სურათი 5.3 გვიჩვენებს დანიელ-ჯაკობის გალვანური უჯრედის დიაგრამას, რომელიც შედგება თუთიისა და სპილენძის ელექტროდებისგან, რომლებიც მოთავსებულია ამ ლითონების სულფატების წყალხსნარებში. ხსნარები დაკავშირებულია ელექტროლიტური ხიდით - ელექტროლიტური ხსნარით, მაგალითად, კალიუმის ქლორიდით სავსე მილით. როდესაც ელექტროდები იკეტება თუთიის ელექტროდზე დატვირთვით, ჟანგვის პროცესი ხდება იონების გამოყოფით. Zn 2+ ხსნარი; გამოთავისუფლებული ელექტრონები გადის გარე წრედში სპილენძის ელექტროდამდე, სადაც იონები C მცირდება u +2 მოდის სპილენძის სულფატის ხსნარიდან.

ელექტროდს, რომელზედაც მიმდინარეობს ჟანგვის პროცესი, ეწოდება ანოდი, ელექტროდს, რომელზეც მიმდინარეობს შემცირების პროცესი, ეწოდება კათოდი. სპილენძ-თუთიის უჯრედში თუთიის ელექტროდი არის ანოდი, ხოლო სპილენძი არის კათოდი. უჯრედის მუშაობის დროს თუთიის ანოდი თანდათან იხსნება და სპილენძის კათოდზე დეპონირდება სპილენძი. ამრიგად, თუთიის ელექტროდი აქტიურია, მისი მასალა უშუალოდ მონაწილეობს რედოქს პროცესში. სპილენძის ელექტროდი ასრულებს პასიურ როლს, როგორც ელექტრონების გამტარი; მისი მასალა არ მონაწილეობს რედოქს პროცესში.

ელექტროდებზე მიმდინარე რედოქსის პროცესი არღვევს იონურ წონასწორობას ხსნარებში - სპილენძის ელექტროდზე წარმოიქმნება იონების ჭარბი რაოდენობა. SO 4 2- თუთიას აქვს მათი ნაკლებობა. შედეგად, იონების მოძრაობა ხდება შიდა ჯაჭვში SO 4 2- სპილენძის სულფატის ხსნარიდან თუთიის სულფატის ხსნარამდე.

ამ ელემენტის ელექტროქიმიური დიაგრამა შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

სადაც ერთი ვერტიკალური ზოლი აღნიშნავს საზღვარს ელექტრონულ და იონურ გამტარებს შორის, ხოლო ორი - საზღვარს ორ იონურ გამტარს შორის.

ელემენტის ელექტრომამოძრავებელი ძალა (EMF) იონის სტანდარტული კონცენტრაციით (1 მოლ/ლ) შეიძლება გამოითვალოს, როგორც სხვაობა კათოდისა და ანოდის სტანდარტულ პოტენციალებს შორის:

EMF = D E ° = E 0 კატა - E 0 an = E 0 C u 2 + / C u - E 0 Zn 2 + / Zn = +0.34 - (- 0.76) = 1.1 B.

თუ იონების კონცენტრაციები განსხვავდება სტანდარტულისგან, აუცილებელია ელექტროდების პოტენციალის გამოთვლა მოცემულ კონცენტრაციებზე 5.2 ფორმულით და შემდეგ მათი სხვაობის აღება.

პრინციპში, ნებისმიერი რედოქსული რეაქცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრული ენერგიის გამოსამუშავებლად, იმ პირობით, რომ ჟანგვის და შემცირების პროცესები განცალკევებულია სივრცეში. ელექტროდების აქტიური მასალები შეიძლება იყოს არა მხოლოდ ლითონები, არამედ არამეტალები, ასევე ოქსიდები, ჰიდროქსიდები და სხვა რთული ნივთიერებები. ასე რომ, ნახშირბადის აზოტის მჟავით დაჟანგვის შემთხვევაში (იხ. 5.1), ელექტრული დენი შეიძლება მივიღოთ, თუ ნახშირბადის და პლატინის ელექტროდები ჩაეფლო აზოტის მჟავას ხსნარში და დაიხურება ლითონის გამტარით. ამ შემთხვევაში, აქტიური ნახშირბადის ანოდი იჟანგება ნახშირორჟანგის C წარმოქმნით O 2 , ნიტრატის იონები მცირდება პასიურ პლატინის კათოდზე NO 3 - აზოტის ოქსიდამდე NO ... ელემენტის დიაგრამა შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

EMF = D E ° = E ° კატა - E ° an = E ° NO 3 - / NO - E ° CO 2 / C = 0.96 - 0.21 = 0.75ვ

რაოდენობა D E ° დაკავშირებულია რეაქციის სტანდარტულ გიბსის ენერგიასთან ( D G °) თანაფარდობით:

D G ° = - nF D E ° (5.3)

სადაც ნ - რეაქციის დროს გადატანილი ელექტრონების რაოდენობა,ფ - ფარადეის ნომერი (96500C).

განტოლება 5.3 ადგენს ქიმიურ და ელექტრულ ურთიერთობასენერგიის ფორმები. ის იძლევა ცნობილ მნიშვნელობას G გამოთვალეთ E გალვანური უჯრედი და პირიქით, იცის E გამოთვლაგ.

საწვავის უჯრედები. საწვავის უჯრედი არის გალვანური უჯრედის ტიპი, რომელშიც ელექტრული ენერგია მიიღება რედოქსის პროცესის შედეგად საწვავის კომპონენტებს შორის - საწვავი (შემამცირებელი აგენტი) და ოქსიდიზატორი, რომლებიც მუდმივად მიეწოდება ელექტროდებს გარედან. საწვავი შეიძლება იყოს წყალბადი, ნახშირბადის მონოქსიდი, მეთანი, სპირტები და ჟანგვის აგენტი - ჟანგბადი, ჰაერი, წყალბადის ზეჟანგი და სხვა ნივთიერებები. ამრიგად, საწვავის უჯრედებში, სითბოს ძრავებისგან განსხვავებით, საწვავის ქიმიური ენერგია პირდაპირ გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად, შესაბამისად მათი ეფექტურობა 1,5 - 2,0-ით მეტია, ვიდრე სითბოს ძრავების. გარდა ამისა, ისინი მნიშვნელოვნად აბინძურებენ გარემოს.

სურათი 5.4. წყალბად-ჟანგბადის საწვავის უჯრედი

ამჟამად წყალბად-ჟანგბადის საწვავის უჯრედმა იპოვა პრაქტიკული გამოყენება (სურათი 5.4).

იგი შეიცავს ორ ფოროვან ლითონის ან ნახშირბადის ელექტროდს კატალიზატორის დანამატებით. ელექტროლიტის სახით გამოიყენება 40-85% კალიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარი. ელექტროქიმიური უჯრედის დიაგრამა:

ელექტროდებს მიეწოდება აირისებრი წყალბადი და ჟანგბადი ელექტროდების მეშვეობით დიფუზირდება ელექტროლიტის მიმართულებით, შეიწოვება ფორების ზედაპირებზე და აქტიურდება კატალიზატორის მიერ. ეს ხელს უწყობს და აჩქარებს წყალბადის დაჟანგვის პროცესებს ანოდში და ჟანგბადის შემცირების პროცესებს კათოდში:

H 2 + 2 OH - - 2е ® 2 H 2 O

1 / 2О 2 + Н 2 О + 2е ® 2ОН -

რეაქციის საერთო განტოლება:

Н 2 + 1 / 2О 2 ® Н 2 О

რეაქციის პროდუქტი, ორთქლოვანი წყალი, ამოღებულია წყალბადის ნაკადით, რომელიც წყლის გამოყოფის შემდეგ უბრუნდება სისტემას. ამრიგად, წყალბადის "ცივი წვა" ჟანგბადში ხორციელდება ენერგიის გამოყოფით ელექტრული ფორმით.

ბატარეები.გალვანური უჯრედების მუშაობის დროს წარმოქმნილი რედოქს პროცესები შეიძლება იყოს შეუქცევადი ან შექცევადი. შესაბამისად, ქიმიური ენერგიის წყაროები შეიძლება იყოს ერთჯერადი და განმეორებითი მოქმედების. მრავალჯერადი გამოყენების უჯრედებს აკუმულატორები ეწოდება.როდესაც ბატარეა მუშაობს დენის წყაროს რეჟიმში, რედოქსის პროცესი სპონტანურად მიმდინარეობს, რაც იწვევს ქიმიური ენერგიის ელექტრო ენერგიად გარდაქმნას (რეაქციის გიბსის ენერგია უარყოფითია.დ გ <0). Химический состав электродов при этом меняется, аккумулятор разряжается. Обратная реакция самопроизвольно не идет (დ გ > 0). ამასთან, დათხოვნილი ბატარეის დამუხტვა შესაძლებელია გარე დენის წყაროდან, რომლის ძაბვა აღემატება უჯრედის EMF-ს. ამ შემთხვევაში ხდება ელექტრო ენერგიის ქიმიურ ენერგიად გადაქცევის საპირისპირო პროცესი და ხდება ელექტროდების მასალის რეგენერაცია.

რედოქს პროცესს, რომელიც ხდება ელექტროლიტში დენის გავლისას, ეწოდება ელექტროლიზი.

ელექტროლიზის შედეგად ბატარეას შეუძლია კვლავ იმუშაოს როგორც ენერგიის წყარო. დამუხტვა-განმუხტვის ციკლების რაოდენობამ შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე ასეულს. ავიაციაში გამოიყენება ტყვიის, ვერცხლის-თუთიის და კადმიუმ-ნიკელის ბატარეები.

ტყვიის (მჟავა) ბატარეა დამუხტულ მდგომარეობაში იგი შეესაბამება ელექტროქიმიურ სქემას:

დენის წყაროს რეჟიმში ტყვია იჟანგება უარყოფით ელექტროდზე, ხოლო ტყვიის დიოქსიდი მცირდება დადებითზე. დატენვისას ხდება საპირისპირო პროცესები: უარყოფით ელექტროდზე - ტყვიის სულფატის შემცირება, დადებითზე - მისი დაჟანგვა:

დამუხტულ ტყვიმჟავას ბატარეაში, მისი ტიპის მიხედვით, გოგირდმჟავას კონცენტრაცია არის მასის 27 - 30%. გამონადენის დროს ის მცირდება, ვინაიდან წყალი ელექტროლიტში გამოიყოფა. მცირდება ელექტროლიტის სიმკვრივეც. ეს შესაძლებელს ხდის, ელექტროლიტის სიმკვრივის გაზომვით, გააკონტროლოს ბატარეის გამონადენი.

ნიკელის კადმიუმის ბატარეა დამზადებულია სქემის მიხედვით:

უარყოფით ელექტროდზე განმუხტვისას CD იჟანგება, დადებითზე - Ni (OH ) 3 ნაწილობრივ აღდგენილია. დატენვისას ხდება საპირისპირო პროცესები:

ნიკელ-კადმიუმის ბატარეები სტაბილურია, ნაკლებ მოვლას საჭიროებს და ტყვიმჟავას ბატარეებთან შედარებით უფრო ხანგრძლივი მომსახურების ვადა აქვთ.

ვერცხლის თუთიის ბატარეა დამუხტულ მდგომარეობაში შეესაბამება სქემას:

მისი მუშაობის დროს ხდება შექცევადი რეაქციები: უარყოფით ელექტროდზე - თუთიის დაჟანგვა, დადებით ელექტროდზე - ვერცხლის ოქსიდის შემცირება:

ვერცხლის თუთიის ბატარეის მთავარი უპირატესობა მისი ენერგიის მაღალი მოხმარებაა; ერთეულის მასაზე, ის იძლევა 4-6-ჯერ მეტ ენერგიას, ვიდრე ბატარეების ტიპები.

ლითონების კოროზია. კოროზია არის ლითონის განადგურება გარემოსთან მისი ფიზიკური და ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად. ლითონის კოროზიის ყველაზე საშიში და ყველაზე გავრცელებული ტიპია ელექტროქიმიური კოროზია,რაც ხდება ლითონების ელექტროლიტური ხსნარებთან შეხებისას. ყველაზე ხშირად, ეს არის მოკლე ჩართვის გალვანური უჯრედების მუშაობის შედეგი, რომლებიც წარმოიქმნება, მაგალითად, განსხვავებული ლითონებისგან დამზადებული ნაწილების შეხებისას.

ელექტროლიტის როლი ამ შემთხვევაში შეიძლება შეასრულოს ტენიანობის თხელი ფილმი, რომელიც წარმოიქმნება ატმოსფეროდან წყლის ორთქლის ადსორბციის დროს ლითონის ზედაპირებზე. ასე რომ, როდესაც სპილენძისა და რკინის ნაწილები კონტაქტში შედის წყლის თანდასწრებით, წარმოიქმნება გალვანური უჯრედი (სურათი 5.5):

სურათი 5.5. ელექტროქიმიური კოროზიის დიაგრამა

რკინა, როგორც უფრო აქტიური ლითონი, ემსახურება ანოდს და განიცდის დაჟანგვას, ხოლო სპილენძის კათოდზე ჰაერის ჟანგბადი წყლის მონაწილეობით მცირდება:

ლითონების კოროზიისგან დასაცავად გამოიყენება სხვადასხვა საფარი: ლითონი, არალითონი, საღებავი და ლაქი, პოლიმერი.

თვითშეფასების კითხვების ნიმუში:

1. რა რეაქციებს უწოდებენ რედოქს რეაქციებს?

2. რა იგულისხმება შემამცირებელ აგენტში, ჟანგვის აგენტში?

3. რას ნიშნავს ელექტრონული განტოლებების მეთოდი?

4. რას ნიშნავს ელექტრონ-იონის განტოლების მეთოდი?

5. რა პროცესებს უწოდებენ ელექტროქიმიურ პროცესებს?

6. რა არის სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი?

7. რა არის სისტემის რედოქს აქტივობის საზომი?

8. რა დამოკიდებულებას გამოხატავს ნერსტის განტოლება?

9. რას ჰქვია გალვანური უჯრედი?

10. რას ჰქვია კათოდი, ანოდი?

11. როგორ მიმდინარეობს რედოქს პროცესები ბატარეებში?

12. რა არის ელექტროლიზი?

13. რა არის გალვანური კოროზია?

ამოცანები თემის ნომერი 5

დავალების ნომერი 5.1.

ელექტრონული ბალანსის მეთოდის გამოყენებით შეადგინეთ რედოქსის რეაქციების განტოლებები. მიუთითეთ ჟანგვის და შემცირების აგენტები:

1. NH 3 + O 2 NO + H 2 O

2. HClO 3 ClO 2 + HClO 4 + H 2 O

3. AgNO 3 Ag + NO 2 + O 2

4. NH 4 NO 2 + H 2 O

5.H 2 O 2 + PbS PbSO 4 + H 2 O

6. (NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O

7. Ca 3 (PO 4) 2 + C + SiO 2 CaSiO 3 + P + CO

8. FeS + O 2 Fe 2 O 3 + SO 2

9.N 2 H 2 + O 2 N 2 + H 2 O

10.S + KOH K 2 SO 3 + K 2 S + H 2 O

დავალების ნომერი 5.2.

შეადგინეთ რედოქსული რეაქციების განტოლებები:

1) ელექტრონული ბალანსის მეთოდით;

2) იონ-ელექტრონული მეთოდი.

მიუთითეთ ჟანგვის და შემცირების აგენტები.

1.P + NO 3 H 3 PO 4 + NO 2 + H 2 O

2. Zn + HNO 3 Zn (NO 3) 2 NO 2 + H 2 O

3. K 2 Cr 2 O 7 + H 2 S + H 2 SO 4 S + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

4. KMnO 4 + KNO 2 + H 2 O KNO 3 + MnO 2 + KOH

5. FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 + H 2 O

6. CrCl 3 + H 2 O 2 + NaOH Na 2 CrO 4 + NaCl + H 2 O

7. CrO 3 + KNO 3 + KOH K 2 CrO 4 + KNO 2 + H 2 O

8. PH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 H 3 PO 4 + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O

9. Si + NaOH + H 2 O Na 2 SiO 3 + H 2

10. HCl + KMnO 4 Ci 2 + MnCl 2 + KCl + H 2 O

დავალების ნომერი 5.3.

გამოსავალი:

ელექტროდის პოტენციალი გამოითვლება ნერნსტის ფორმულით, რომელიც ლითონისა და წყალბადის ელექტროდებისთვის იწერება როგორც:

სადაც E არის ელექტროდის პოტენციალი,

ნ - ლითონის იონის (წყალბადის) მუხტი.

შავი სულფატის დისოციაციის განტოლება:

Fe 2 SO 4 2 Fe 3+ +3 SO 4 2-

გვიჩვენებს, რომ 0,05 მოლი Fe 2 (SO 4) 3-ის დისოციაცია ქმნის 0,05 2 = 0,1 მოლი Fe 3+ იონებს.

ამიტომ, C (Fe 3+) = 0,1 მოლ/ლ, n = 3.

მე-3 ცხრილიდან გვაქვს E 0 (Fe3 + / Fe) = - 0.04.

დავალება No5.4.

დავალება ნომერი 5.5.

რამდენად შეიცვლება თუთიის ელექტროდის პოტენციალი, თუ თუთიის მარილის ხსნარი, რომელშიც ის ჩაეფლო, 10-ჯერ განზავდება.

დავალება ნომერი 5.6.

კადმიუმის ელექტროდის პოტენციალი მისი მარილის ხსნარში არის 0,52 ვ. გამოთვალეთ Cd + იონების კონცენტრაცია ხსნარში.

დავალების ნომერი 5.7.

დავალების ნომერი 5.8.

გამოთვალეთ ხსნარის pH, რომელშიც წყალბადის ელექტროდის პოტენციალი არის - 100 მბ.

დავალების ნომერი 5.9.

რეაქციის განტოლება

იონის კონცენტრაცია, C მოლ/ლ

pH

MnO 4 - + 8H + +5 e Mn 2+ + 4H 2 O

C (MnO4 -) = C (Mn2 +) = 1

ClO 3 - + 6H + + 6e Cl - + 3H 2 O

C (ClO 3 -) = C (Cl -) = 0.1

Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e 2Cr 3 ++ 7H 2 O

C (Cr 2 O 7 2 -) = C (Cr 3 +) = 1

PbO 2+ 4H + + 2e Pb 2 ++ 2H 2 O

C (Pb 2 +) = 0.1

გამოსავალი 1:

რედოქს ელექტროდის E პოტენციალი გამოითვლება ნერსტის განტოლების მიხედვით:

სადაც E 0 არის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი;

ნ - რეაქციაში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობა;

C ok, C დანარჩენი არის ნივთიერებების კონცენტრაციის პროდუქტები, შესაბამისად, დაჟანგული და შემცირებული ფორმით.

ამ სისტემაში, დაჟანგული ფორმა შეიცავს იონებს Mn 4 - და H + , შემცირებულში - Mn 2+ იონი და Н 2 О მოლეკულა.რეაქციაში მონაწილეობს 5 ელექტრონი. იმის გათვალისწინებით, რომ წყლის კონცენტრაცია პრაქტიკულად რჩება მუდმივი და შედის E 0-ის მნიშვნელობაში, გვაქვს:

მე-3 ცხრილის მიხედვით: E 0 (MnO 4 - / Mn 2 +) = + 1.51V.

რიცხვითი მნიშვნელობების ჩანაცვლებით, საბოლოოდ მივიღებთ:

დავალების ნომერი 5.10.

დაწერეთ გალვანური უჯრედის მუშაობის დროს მიმდინარე ელექტროდული პროცესების განტოლებები. გამოთვალეთ ელემენტის EMF მოცემული კონცენტრაციით, C მოლ/ლ.

ელემენტის სქემა

С, მოლ/ლ

Zn / Zn 2+ // Pb 2+ / Pb

C (Zn2 +) = 0.2, C (Pb 2 +) = 0.04

Mn / Mn 2+ // Ni 2+ / Ni

C (Mn 2 +) = 0.1, C (Ni 2 +) = 0.01

Fe / Fe 2+ // Cu 2+ / Cu

C (Fe 2 +) = 1, C (Cu 2 +) = 0.5

H 2 / 2H + // Ag + / აგ

C (H +) = 0.01, C (Ag +) = 0.1

Ni / Ni 2+ (C 1) // Ni 2+ (C 2) / Ni

C 1 (Ni 2 +) = 0.1, C 2 (Ni 2 +) = 0.01

Cu / Cu 2+ // Fe 3+ / Fe 2+

C (Cu 2 +) = 1, C (Fe 3 +) = C (Fe 2 +) = 1

გამოსავალი 1:

მე-3 ცხრილის მონაცემებზე დაყრდნობით შეიძლება დავასკვნათ, რომ რაც უფრო აქტიური იქნება თუთიის ლითონი ანოდი ამ ელემენტში, ხოლო ნაკლებად აქტიური ტყვიის ლითონი იქნება კათოდი.

გალვანური უჯრედის EMF უდრის სხვაობას ჟანგვის (კათოდის) და შემცირების აგენტის (ანოდის) ელექტროდის პოტენციალებს შორის:

Nerst ფორმულის გამოყენებით გვაქვს:

დავალების ნომერი 5.11.

დაადგინეთ მიმართულება, რომლითაც შესაძლებელია სპონტანური ნაკადი ამ რეაქციის სტანდარტულ პირობებში. გამოთვალეთ რეაქციის წონასწორობის მუდმივი მნიშვნელობა.

რეაქციის განტოლება

2С l - + 2Fe 3+ 2Fe 2+ + Cl 2

H 2 O 2 + HClO H + Cl + O 2 + H 2 O

5H 2 O 2 + H + + 2IO 3 I 2 + 5O 2 + 6H 2 O

Sn 4+ + 2I - Sn 2+ + I 2

Sn 4+ + H 2 S Sn 2+ + S + 2H +

H 2 S + 4H 2 O 2 2H + + SO4 2- + 4H 2 O

გამოსავალი 1:

რედოქსის რეაქციის მიმართულების დასადგენად, საჭიროა იპოვოთ გალვანური უჯრედის EMF, რომელიც წარმოიქმნება ერთი ჟანგვის აგენტისგან და შემცირების აგენტისგან.

სადაც E 0 ok, E 0 დანარჩენი არის ჟანგვის აგენტისა და აღმდგენი აგენტის სტანდარტული პოტენციალი.

შესაძლებელია რეაქცია, რომლისთვისაც ამ შემთხვევაში გიბსის ენერგიის ცვლილება უარყოფითი მნიშვნელობაა.

სადაც ნ - რეაქციაში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობა;

ფ - ფარადეის რიცხვი უდრის 96480 C/მოლ.

თავის მხრივ, გიბსის ენერგიის ცვლილება დაკავშირებულია წონასწორობის მუდმივთან ურთიერთობით:

აქედან გამომდინარე,

სადაც

, .

ელექტროდის სტანდარტული პოტენციალი თანაბარია (იხ. ცხრილი 3):

Cl 2 + 2e 2Cl - E 0 (Cl 2 / 2Cl -) = 1.36 B

Fe 3+ + ე Fe 2+ E 0 (Fe 3+ / Fe 2+ = 0.77 B

ვინაიდან E 0 (C l 2 / 2C l)> E 0 (Fe 3+ / Fe 2+ ) ქლორი იქნება ჟანგვის აგენტი, ხოლო Fe 2+ იონი იქნება შემცირების საშუალება.

ელექტროდის პროცესების განტოლებები:

შემაჯამებელი განტოლება:

Cl 2+ 2Fe 2+ 2 Cl - + Fe 3+

ამრიგად, განხილული რეაქცია გაგრძელდება მარჯვნიდან მარცხნივ.

K = 10 20

პრობლემა ნომერი 5.12.

გამოთვალეთ რედოქსის ელექტროდის პოტენციური მნიშვნელობა, რომელიც მიღებულია პლატინის მავთულის წყალხსნარში ჩაძირვით, რომელიც შეიცავს ერთდროულად ორ მარილს A და B კონცენტრაციით C A და C B, მოლ/ლ მოცემულ pH მნიშვნელობებზე.

C A

C B

pH

Na 2 Cr 2 O 7

Cr 2 (SO 4) 3

0,2

4

2

NaClO 2

NaClO

0,1

0,3

9

3

KClO 4

NaClO3

0,2

0,3

3

4

Na 2 SO 4

K 2 SO 3

0,05

0,08

10

5

CrCl 3

CrCl 2

0,2

0,8

1

6

NaNO 3

NaNO 2

0,01

0,09

9

7

Na 2 S 2 O 8

Na 2 SO 4

0,1

0,2

6

8

KMnO 4

K2MnO 4

0,3

0,6

8

9

Fe 2 (SO 4) 3

FeSO 4

1

3

2

10

Ce (SO 4) 2

Ce 2 (SO 4) 3

0,002

0,001

0,5

გამოსავალი 1:

ხსნარს, რომელიც შეიცავს იმავე ელემენტის (ამ შემთხვევაში, ქრომის) როგორც დაჟანგულ, ასევე შემცირებულ ფორმას, რედოქს სისტემას უწოდებენ. ზოგადად, რედოქსის რეაქციის განტოლება რედოქს ელექტროდისთვის არის:

ოჰ +არა წითელი,

სადაცნარის რეაქციაში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობა და Ox დაწითელი- ელემენტის დაჟანგული და შემცირებული ფორმა. ასეთი სისტემის ელექტროდის პოტენციალის მნიშვნელობის დასადგენად, უნდა გამოვიყენოთ Nerst განტოლება:

ფორმალურად, ამ შემთხვევაში, ელექტროდის პროცესში ჟანგვის მდგომარეობა ცვლის ქრომს

ქრ 6+ + 3 e კრ 3+ ,

ანუ დაჟანგული ფორმა იქნებაქრ 6+ - შემცველი ფორმა, თუმცა ეს არ ნიშნავს, რომ აქტივობის მნიშვნელობა შეიძლება ჩაიწეროს ლოგარითმში ნერსტის განტოლებაშიქრ 6+ ... ეს გამოწვეულია იმით, რომ თავად ნაწილაკი Cრ 6+ არ არსებობს წყალხსნარში, ის უფრო რთული ნაწილაკების ნაწილიაქრ 2 ო 7 2- მაშასადამე, აქტივობის ცნება, ანუ არარსებული ნაწილაკების აშკარა კონცენტრაციაქრ 6+ უაზრო. ნაწილაკების აქტივობა (ან კონცენტრაცია) შეიძლება განისაზღვროსქრ 2 ო 7 2- , მაგრამ შემდეგ ელექტროდის პროცესის განტოლება უნდა დაიწეროს ნაწილაკების მონაწილეობითქრ 2 ო 7 2-

ქრ 2 ო 7 2- +…. ქრ 3+ +…,

თუმცა, ამ შემთხვევაში, ჟანგბადი იმყოფება მარცხენა მხარეს და ის არ არის მარჯვენა მხარეს, ამიტომ საჭიროა O 2-ის შემცველი ნაწილაკების დამატება მარჯვენა მხარეს. წყალხსნარში არ არის O 2- იონები, თუმცა, ჟანგბადი ამ ჟანგვის მდგომარეობით არის H 2 O მოლეკულების ან OH - იონების ნაწილი. ვინაიდან, პირობების მიხედვით, გარემო მჟავეა (pH<7), концентрация ионов ОН - в этом растворе крайне мала, значит следует записывать электродный процесс на с участием этих ионов, а с участием молекул Н 2 О

ქრ 2 ო 7 2- + 14H + + 6e 2Cრ 3+ + 7 ჰ 2 ო

ამრიგად, ელექტროდის პროცესში, იონების გარდაქრ 2 ო 7 2- და Cრ 3+ ასევე ჩართულია იონები H +, ამიტომ მათი კონცენტრაცია ასევე იმოქმედებს ელექტროდის პოტენციალის მნიშვნელობაზე, ანუ

პირობით, K 2-ის კონცენტრაციაქრ 2 ო 7 დაქრ 2 (ᲘᲡᲔ 4 ) 3 არის 0.1 და 0.2 მოლ/ლ, შესაბამისად. ვინაიდან ეს მარილები ძლიერი ელექტროლიტებია, ანუ ისინი მთლიანად ანაწილებენ ხსნარში, იონების კონცენტრაციასქრ 2 ო 7 2- დაქრ 3+ იქნება 0,1 და 0,4 მოლ/ლ. pH = 2-ზე, H + იონების კონცენტრაცია უდრის C (H +) = 10 -pH = 10 -2, შესაბამისად:

ძირითადი ცნებები:

· ჟანგვის რეაქცია;

· აღდგენის რეაქცია;

· ჟანგვის აგენტი;

· შემცირების აგენტი;

· რედოქსის რეაქციის განტოლება;

· ელექტროქიმიური სისტემა;

· სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი;

· სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი;

· ქიმიური დენის წყარო;

· კათოდი;

· ანოდი;

· საწვავის უჯრედი;

· ბატარეა;

· ელექტროლიზი;

· კოროზიის.

381. ელემენტის ჟანგვის მდგომარეობას ეწოდება:

382. რა ჰქვია ატომის ვალენტობას მისი ელექტროვალენტურობის ნიშნით:

383. რამდენია მოლეკულის შემადგენელი ყველა ატომის ჟანგვის მდგომარეობების ალგებრული ჯამი:

384. რეაქციებს, რომლის შედეგადაც იცვლება ელემენტების დაჟანგვის მდგომარეობა, ეწოდება:

385. ოქსიდირებადი და აღმდგენი საშუალება:

386. ჟანგვითი აგენტის რაოდენობას, რომელიც ამატებს 1 მოლ ელექტრონს მოცემულ რედოქს რეაქციაში, ეწოდება:

387. რა არის რედოქსური რეაქცია:

388. როგორია ქლორის ჟანგვის მდგომარეობა კალიუმის პერქლორატში (КСlО 4):

389. როგორია ქრომის ატომის დაჟანგვის მდგომარეობა Cr 2 (SO 4) 3 მოლეკულაში:

390. როგორია Mn-ის დაჟანგვის მდგომარეობა КМnО 4 ნაერთში:

391. როგორია ქრომის ატომის დაჟანგვის მდგომარეობა K 2 Cr 2 O 7 მოლეკულაში:

392. განსაზღვრეთ Mn-ის დაჟანგვის მდგომარეობა К 2 MnО 4 ნაერთში:

393. რედოქს რეაქციებიდან რომელია არაპროპორციული რეაქცია:

394. რედოქსული რეაქციებიდან რომელია ინტრამოლეკულური:

395. ClO 3 - ® Cl - პროცესი არის:

396. რა არის MnO იონის გარდაქმნის საბოლოო პროდუქტი ტუტე გარემოში:

397. რა არის MnO იონის გადაქცევის საბოლოო პროდუქტი მჟავე გარემოში:

398. რა არის MnO იონის გადაქცევის საბოლოო პროდუქტი ნეიტრალურ გარემოში:

399. რამდენი ელექტრონები მონაწილეობენ სულფიტის იონის SO-ს სულფატ იონთან ჟანგვის ნახევრად რეაქციაში:

400. რამდენი ელექტრონები მონაწილეობენ სულფიდური იონის S 2- სულფატ იონ SO-მდე დაჟანგვის ნახევრად რეაქციაში:

401. რამდენი ელექტრონები მონაწილეობენ სულფიტის იონის SO-ს სულფიდურ იონში S 2-მდე შემცირების ნახევრად რეაქციაში-:

402. რამდენი ელექტრონები მონაწილეობენ MnO იონის Mn 2+ იონამდე შემცირების ნახევარრეაქციაში:

403. რამდენი ელექტრონები მონაწილეობენ S 2- იონის SO იონთან დაჟანგვის ნახევრად რეაქციაში:

404. კოეფიციენტი ოქსიდანტის ფორმულის წინ ალუმინისა და ბრომის რეაქციის განტოლებაში უდრის:

405. კოეფიციენტი შემცირების ფორმულის წინ ალუმინისა და ბრომის რეაქციის განტოლებაში ტოლია:

406. კოეფიციენტები რეაქციის განტოლებაში შემამცირებელი და ჟანგვითი აგენტის ფორმულებამდე, რომლის სქემაა Р + КСlО 3 = КСl + Р 2 О 5:

407. კოეფიციენტი შემამცირებელი აგენტის ფორმულამდე რეაქციის განტოლებაში, რომლის სქემაა Mg + HNO 3 = N 2 O + Mg (NO 3) 2 + H 2 O:

408. რეაქციის განტოლებაში, რომლის სქემაა P + HNO 3 + H 2 O = H 3 PO 4 + NO, კოეფიციენტი შემცირების ფორმულის წინ უდრის:

409. როგორია შემცირების ეკვივალენტი რედოქს რეაქციაში: 2H 2 S + H 2 SO 3 = 3S + 3H 2 O:

410. რა არის შემცირების მასის ექვივალენტური მასა რეაქციაში HNO 3 + Ag = NO + AgNO 3 + H 2 O:

411. რა უდრის HNO 3 + Ag = NO 2 + AgNO 3 + H 2 O რეაქციის ჟანგვის აგენტს:

412. კონცენტრირებული აზოტის მჟავა მეტალის ნატრიუმთან ურთიერთქმედებისას წარმოიქმნება შემდეგი პროდუქტები:

413. რომელ ნივთიერებას უბრუნებს კონცენტრირებული აზოტის მჟავა ვერცხლთან ურთიერთქმედებისას:

414. განზავებული აზოტის მჟავა იხსნება არალითონებით და წარმოიქმნება:

415. მიუთითეთ განზავებული აზოტის მჟავას ფოსფორთან ურთიერთქმედების პროდუქტები:

416. განზავებული გოგირდმჟავას სპილენძთან ურთიერთქმედების პროდუქტებია:

417. რომელი ლითონები ცვლიან წყალბადს განზავებულ გოგირდმჟავასთან მათი ურთიერთქმედების რეაქციაში:

ელექტროქიმია

418. რას სწავლობს ელექტროქიმია:

419. რა ეფუძნება ელექტროქიმიურ მოვლენებს:

420. უმარტივესი ელექტროქიმიური სისტემის კომპონენტები:

421. ელექტროქიმიურ სისტემაში 1-ლი სახის გამტარებია:

422. მე-2 ტიპის გამტარები ელექტროქიმიურ სისტემაში შეიძლება იყოს:

423. ელექტროქიმიური სისტემის გარე წრეა:

424. ელექტროენერგიის რაოდენობის მრიცხველები (კულომეტრები, დენის ინტეგრატორები) და სხვა მოწყობილობები იქმნება კანონების საფუძველზე:

425. ფორმულირება: „ელექტროლიზის დროს ელექტროდზე წარმოქმნილი ნივთიერების რაოდენობა პირდაპირპროპორციულია ელექტროლიტში გავლილი დენის რაოდენობისა“ არის ასახვა:

426. ფარადეის კანონის მიხედვით, რამდენი ელექტროენერგია უნდა დაიხარჯოს ელექტროლიზის დროს რომელიმე ნივთიერების ერთი გრამ ექვივალენტის გამოსაყოფად:

427. ელექტროქიმიაში ჟანგვის პროცესებს უწოდებენ:

428. კათოდური პროცესები ელექტროქიმიაში ეწოდება:

429. ელექტროდები, რომლებზედაც ტარდება ჟანგვის პროცესები:

430. ელექტროდები, რომლებზედაც ტარდება აღდგენითი პროცესები:

431. გალვანურ უჯრედში მიმდინარე მთლიან ქიმიურ რეაქციას ეწოდება:

432. როგორ განვსაზღვროთ კავშირი პირველი და მეორე ტიპის გამტარებს შორის გალვანური უჯრედის სქემატურად ჩაწერისას:

433. როგორ განვსაზღვროთ კავშირი მეორე ტიპის გამტარებს შორის გალვანური უჯრედის სქემატურად ჩაწერისას:

434. ელექტროდების მაქსიმალური პოტენციური სხვაობა, რომელიც შეიძლება მივიღოთ გალვანური უჯრედის მუშაობისას:

435. გალვანური უჯრედის მაქსიმალური ძაბვის მნიშვნელობა, რომელიც შეესაბამება შექცევად რეაქციას, ეწოდება:

436. სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი (φ °) ეწოდება:

437. თუ ჩვენ ვირჩევთ პროცესებს Me z + + Ze = Me რიგი სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალებიდან, მაშინ მივიღებთ მნიშვნელობებს, რომლებიც წარმოიქმნება:

438. ლითონის ელექტროდული პოტენციალის სხვადასხვა ფაქტორზე დამოკიდებულების ამსახველი ნერნსტის ფორმულას აქვს შემდეგი მათემატიკური ასახვა:

439. ელექტროდის პოტენციალის ცვლილება დენის გავლისას:

440. რას სწავლობს ელექტროქიმიური კინეტიკა:

441. ერთჯერადი მოწყობილობა, რომელიც გარდაქმნის ქიმიური რეაქციების ენერგიას ელექტრო ენერგიად:

442. უმარტივესი გალვანური უჯრედის კომპონენტებია:

443. დენი 2,5 ა ელექტროლიტის ხსნარში გავლისას ხსნარიდან 30 წუთში გამოყოფს 2,77 გ ლითონს. რა არის ლითონის ექვივალენტური მასა:

444. გოგირდმჟავას წყალხსნარში 1,5 საათის განმავლობაში გადიოდა 6 ა დენი.რა არის დაშლილი წყლის მასა (გ):

445. გოგირდმჟავას წყალხსნარში 1,5 საათის განმავლობაში გადიოდა 6 ა დენი, რა არის ევოლუციური წყალბადის მოცულობა (ლ) (ნორმალური პირობები):

446. გოგირდმჟავას წყალხსნარში 1,5 საათის განმავლობაში გადიოდა 6 ა დენი.რა არის გამოთავისუფლებული ჟანგბადის მოცულობა (ლ) (ნორმალური პირობები):

447. რომლის მოქმედების დროსაც გალვანური უჯრედია პროცესები Zn -2e = Zn 2+; Cu 2+ + 2e = Cu:

448. მიუთითეთ რკინა-სპილენძის გალვანური უჯრედის დიაგრამა:

449. თუთია-მაგნიუმის გალვანური უჯრედის სქემა:

450. მიუთითეთ ნიკელ-სპილენძის გალვანური უჯრედის სქემა:

451. ქიმიური რეაქცია, რომელიც ეფუძნება ანოდის პროცესს მჟავა ბატარეის დამუხტვისას:

452. ქიმიური რეაქცია, რომელიც ეფუძნება კათოდური პროცესის საფუძველს მჟავა ბატარეის დამუხტვისას:

453. რა პროცესი ტყვიის ბატარეის მუშაობისას აჩვენებს ქიმიურ რეაქციას PbO 2 + 2H 2 SO 4 = PbSO 4 + SO 2 + 2H 2 O:

454. რომელი პროცესია მჟავა ბატარეის მუშაობისას ასახავს ქიმიურ რეაქციას Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2:

455. ქიმიური რეაქცია, რომელიც ეფუძნება კათოდური პროცესის საფუძველს მჟავა ბატარეის დამუხტვისას:

456. ქიმიური რეაქცია, რომელიც ეფუძნება ანოდის პროცესს მჟავა ბატარეის დამუხტვისას:

457. ტუტე ბატარეებში იონური გამტარი არის 20%-იანი ხსნარი:

458. ბატარეის ზოგადი სახელწოდება, რომელშიც დენის წარმოქმნის რეაქციაა 2NiOOH + Cd + 2H 2 O → 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2:

459. ტუტე ბატარეებში დადებითი ელექტროდი შეიცავს:

460. ნეგატიური ფირფიტები ტუტე ბატარეაში, სადაც დენის წარმოქმნის რეაქციაა Ni OOH + Fe + 2H 2 O → 2Ni (OH) 2 + Fe (OH) 2.

461. ორივე ელექტროდზე მჟავა ბატარეის დაცლისას წარმოიქმნება შემდეგი:

462. რა ლითონისგან არის დამზადებული კადმიუმ-ნიკელის ტუტე ბატარეების დადებითი ფირფიტები:

463. ნიკელ-კადმიუმის ტუტე ბატარეების უარყოფითი პლატინაა:

464. ვერცხლ-თუთიის ტუტე ბატარეის დადებითი ფირფიტები მზადდება:

465. რა ლითონია ვერცხლის თუთიის ტუტე ბატარეის უარყოფითი პლატინა:

466. რა შემთხვევებში ელექტროლიზატორში შეჰყავთ ფოროვანი ტიხარი - დიაფრაგმა:

467. რა მასალაა ელექტროლიზატორის მუშაობისას დიაფრაგმის დასამზადებლად:

468. რა პროცესი მიმდინარეობს კათოდზე კალიუმის სულფატის K 2 SO 4 ხსნარის ელექტროლიზის დროს:

469. რა პროცესი მიმდინარეობს ინერტულ ანოდზე ნატრიუმის სულფატის Na 2 SO 4 ელექტროლიზის დროს:

470. მიუთითეთ მარილი, რომლის ელექტროლიზის დროს ანოდზე გამოიყოფა თავისუფალი ჟანგბადი:

471. კათოდური პროცესის იონური განტოლება 2Н 2 О + 2е = Н 2 + 2ОН - შესაძლებელია მარილის ელექტროლიზის დროს:

472. ანოდური პროცესის იონური განტოლება 2Н 2 О - 4е = О 2 + 4Н + შესაძლებელია მარილის ელექტროლიზის დროს:

473. ქვემოთ ჩამოთვლილი მარილების წყალხსნარებში ჩაძირული ნიკელის ფირფიტები. რა მარილებთან მოახდენს რეაქციას ნიკელი?

474. თუთიის ფირფიტებს ასველებენ ქვემოთ ჩამოთვლილი მარილების წყალხსნარებში. რა რეაქციას ექნება თუთიის მარილი:

475. მიუთითეთ რკინის თვისება, რომელიც უარყოფითად მოქმედებს მის გამოყენებაზე ტექნოლოგიაში:

476. გასუფთავებული რკინის ლურსმანი ასველებენ სპილენძის (II) ქლორიდის ლურჯ ხსნარში, რომელიც სწრაფად იფარება სპილენძის საფარით. ამავდროულად, ხსნარი იძენს მომწვანო შეფერილობას, იმის გამო:

477. ელექტრული გამტარობის ნივთიერებების შესამოწმებელი მოწყობილობის ნათურა აინთება ელექტროდების ჩაძირვისას:

478. როგორ შეიცვლება ნათურის სიკაშკაშე ხსნარების ელექტრული გამტარობის შესამოწმებელ მოწყობილობაში, თუ მისი ელექტროდები ჩაეფლო კირის წყალში, რომლითაც გადის ნახშირბადის მონოქსიდი (IV)? რატომ?

479. მიუთითეთ ლითონი, რომელსაც ახასიათებს სრული თერმოდინამიკური მდგრადობა ელექტროქიმიური კოროზიის მიმართ:

480. ბოლო დრომდე ქილებს ამზადებდნენ ე.წ. არ არის რეკომენდებული საკვების შენახვა ღია ქილებში, რადგან დამცავი ფენის დაკაწრების შემთხვევაში ქილა სწრაფად იჟანგება. მიუთითეთ რეაქციები ამ პროცესის საფუძველში.

481. დაკონსერვებული რკინის ატმოსფერული კოროზიის ანოდური პროცესის ელექტრონული განტოლება:

482. დაკონსერვებული რკინის ატმოსფერული კოროზიის კათოდური პროცესის ელექტრონული განტოლება:

პოლიმერები

483. დაბალმოლეკულური ნივთიერებებისგან პოლიმერების წარმოქმნის პროცესი, რომელსაც თან ახლავს სუბპროდუქტის (წყალი, ამიაკი, წყალბადის ქლორიდი და სხვ.) გამოყოფა.

ბატარეა		სპეციფიკური ენერგია,	სპეციფიკური სიმძლავრე,	Სიცოცხლის განმავლობაში, ციკლების რაოდენობა
Pb-მჟავე
ფე-ჰაერი
Zn-ჰაერი
ზნ-ქლორიდი
Na-სულფიდი
ლი-სულფიდი

ტყვიის მჟავა ბატარეა

ყველაზე გავრცელებული აქამდე არის ტყვიის მჟავა ბატარეა. იგი ემსახურება როგორც დენის წყაროს შიდა წვის ძრავებისთვის, გადაუდებელი განათებისთვის, რადიო და სატელეფონო აღჭურვილობისთვის, გამოიყენება წყალქვეშა მანქანებზე და სადგურებზე და სხვა მიზნებისთვის.

Pb-მჟავა ბატარეა შედგება ტყვიის ანოდისა და კათოდისგან ტყვიის ბადის სახით, სავსე ტყვიის (IV) ოქსიდით. გოგირდის მჟავა ემსახურება როგორც ელექტროლიტს. როდესაც EA მუშაობს ერთ ელექტროდზე (ანოდზე), ხდება რეაქციები, როდესაც ტყვიის ჟანგვის მდგომარეობა იცვლება 0-დან +2-მდე (გამონადენი) და +2-დან 0-მდე (დამუხტვა), ხოლო მეორე ელექტროდზე (კათოდზე) ჟანგვის მდგომარეობა. ტყვიის რაოდენობა იცვლება +4-დან +2-მდე (გამონადენი) და პირიქით (დამუხტვა).

ანოდზე:
კათოდზე:
დენის წარმოქმნის მთლიანი რეაქცია აღწერილია განტოლებით:

ტყვიის მჟავა ბატარეიდან გამოყვანილი დენი შეიძლება გაიზარდოს კათოდის სერიის სახით დაპროექტებით, რომლებიც მონაცვლეობენ რამდენიმე ანოდური ფირფიტით (სურათი 9.4). თითოეული ასეთი EA აწარმოებს ძაბვას დაახლოებით 2 ვ. მანქანებში გამოყენებული ბატარეები, როგორც წესი, შედგება ექვსი ასეთი ბატარეისგან, რომლებიც დაკავშირებულია სერიაში და უზრუნველყოფს ძაბვას დაახლოებით 12 ვ.

ელექტროლიზი.

ელექტროლიტების ხსნარებსა და დნობებში არის საპირისპირო ნიშნის იონები (კატიონები და ანიონები), რომლებიც, ისევე როგორც ყველა თხევადი ნაწილაკი, ქაოტურ მოძრაობაშია. თუ ასეთ ელექტროლიტში დნება, მაგალითად, NaCl დნება ( ) ჩაყარეთ ელექტროდები და გაიარეთ მუდმივი ელექტრული დენი, შემდეგ იონები გადავა ელექტროდებში: კათიონები

Na + + = Na 0 (კათოდი)

2Cl - - 2e = Cl 2 (ანოდი)

ეს რეაქცია არის ORP ანოდზე, ხდება ჟანგვის პროცესი, ხოლო კათოდზე - შემცირების პროცესი.

ელექტროლიზი არის რედოქს პროცესი, რომელიც ხდება ელექტროდებზე, როდესაც ელექტრული დენი გადის ხსნარში ან ელექტროლიტის დნობის მეშვეობით.

ელექტროლიზის არსი არის ელექტრული ენერგიის გამო ქიმიური რეაქციების განხორციელება - შემცირება კათოდზე და დაჟანგვა ანოდზე. ამ შემთხვევაში კათოდი ელექტრონებს აძლევს კათიონებს, ხოლო ანოდი იღებს ელექტრონებს ანიონებისგან.

ელექტროლიზის პროცესი ნათლად არის გამოსახული დიაგრამით, რომელიც აჩვენებს ელექტროლიტის დისოციაციას, იონების მოძრაობის მიმართულებას, მათი ელექტროდების და გამოთავისუფლებული ნივთიერებების პროცესებს. NaCl ელექტროლიზის სქემა:

კათოდური ანოდი

ელექტროლიზისთვის, ელექტროდები ჩაეფლო ელექტროლიტის ხსნარში ან დნება და უკავშირდება დენის წყაროს. მოწყობილობას, რომელზედაც ტარდება ელექტროლიზი, ეწოდება ელექტროლიზერი ან ელექტროლიტური აბაზანა.

ელექტროლიტების წყალხსნარების ელექტროლიზი.

ელექტროლიტური ხსნარების ელექტროლიზის დროს წყლის მოლეკულებს შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ პროცესებში. შემცირებისთვის, B-ის ტოლი პოტენციალი უნდა იქნას გამოყენებული კათოდზე, ხოლო წყლის მოლეკულების შემცირებისთვის, B.

ამრიგად, წყლის კათიონები შემცირდება კათოდზე:

კათოდი

და ქლორიდის იონები იჟანგება ანოდზე:

იონები გროვდება კათოდთან და იონებთან ერთად წარმოქმნიან ნატრიუმის ჰიდროქსიდს.

კათოდური და ანოდიური პროცესები

ლითონის კათიონები სტანდარტული პოტენციალით მეტია

წყალბადი (მათ შორის), ელექტროლიზის დროს, სიმკვრივე აღდგება კათოდზე.

ლითონის კათიონები სტანდარტის მცირე მნიშვნელობით

ელექტროდის პოტენციალის (და მათ შორის) არ მცირდება კათოდზე, მაგრამ მათ ნაცვლად წყლის მოლეკულები მცირდება.

თუ წყალხსნარი შეიცავს სხვადასხვა მეტალის კათიონებს, მაშინ ელექტროლიზის დროს ისინი, რომლებიც ათავისუფლებენ მათ კათოდში, მიდიან შესაბამისი ლითონის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალის შემცირების თანმიმდევრობით.

პირველი .

ანოდზე მიმდინარე რეაქციების ბუნება დამოკიდებულია მოლეკულების არსებობაზე და იმ ნივთიერებაზე, საიდანაც ანოდი მზადდება. ჩვეულებრივ ანოდები იყოფა ხსნად (Cu, Ag, Zn, Cd, Ni) და უხსნად (ქვანახშირი, გრაფიტი, Pt,).

ელექტროლიზის პროცესში ხსნად ანოდზე ხდება ანიონების დაჟანგვა (თუ მჟავები ჟანგბადისგან თავისუფალია -), თუ ხსნარი შეიცავს ჟანგბადის შემცველი მჟავების ანიონებს (), მაშინ ეს იონები კი არ იჟანგება ანოდზე, არამედ წყალი. მოლეკულები:

ელექტროლიზის დროს ხსნადი ანოდი იჟანგება, ე.ი. აგზავნის გარე წრეში.

და ანოდი იშლება.

როგორ მიმდინარეობს ელექტროლიზი უხსნადი (ნახშირბადის) ელექტროდებით?

მაგალითი 2. უხსნადი ელექტროდით.

კათოდი ანოდი

ე

თუ კათოდური და ანოდური სივრცეები არ არის გამოყოფილი დანაყოფით, მაშინ:

მაგალითი 4. ხსნარის ელექტროლიზი

სპილენძის ელექტროდები

კათოდური (Cu) ანოდი: ე

5) ელექტროლიზი ელექტროდებით

ფარადეის კანონი

ეს არის ელექტროლიზის რაოდენობრივი კანონი

m არის ნივთიერების მასა. რომლებიც გამოირჩევიან ელექტროდებზე (დ)

n არის ჟანგვის აგენტსა და აღმდგენი აგენტს შორის გაცვლილი ელექტრონების რაოდენობა

I - დენის სიძლიერე (A)

M არის ნივთიერების მოლური მასა, რომელიც გამოიყოფა ელექტროდზე

F- ფარადეის მუდმივი 96485

t- დრო (წმ)

გალვანურ უჯრედში ელექტრული დენის წარმოქმნისა და გადინების მიზეზი არის ელექტროდის პოტენციალის განსხვავება.

აღდგენის სტანდარტული პოტენციალი - ნივთიერების (მოლეკულის ან იონის) უნარის რაოდენობრივი მაჩვენებელი წყალხსნარში შევიდეს რედოქს რეაქციებში.

რედოქსის რეაქცია შესაძლებელია თუ

სადაც

- სტანდარტული ჟანგვის შემცირების პოტენციალი.

შემცირების აგენტის აღდგენის სტანდარტული პოტენციალი.

განტოლება ნერნსტი:

სად არის ლითონის ელექტროდის პოტენციალი, V;

ლითონის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი, V;

უნივერსალური აირის მუდმივი (8,31 ჯ/მოლ;

აბსოლუტური ტემპერატურა, K;

რეაქციაში ჩართული ელექტრონების რაოდენობა;

ფარადეის მუდმივი (96,500 C/მოლ).

ნებისმიერი გალვანური უჯრედის EMF შეიძლება გამოითვალოს სტანდარტულ ელექტრონულ პოტენციალებს შორის E დაახლოებით სხვაობის მიხედვით. უნდა გვახსოვდეს, რომ EMF ყოველთვის დადებითი მნიშვნელობაა. ამიტომ, ელექტროდის პოტენციალიდან, რომელსაც აქვს დიდი ალგებრული მნიშვნელობა, აუცილებელია გამოვთვალოთ პოტენციალი, რომლის ალგებრული მნიშვნელობა ნაკლებია.

E = E o si - E o zn = (+ 0.34) - (-0.76) = 1.10 ვ

E = E ო კარგი - ე ო vos-l

E დაახლოებით ok-l - ელექტროდის პოტენციალი უფრო დიდი ალგებრული მნიშვნელობით.

E შესახებ vos-l - ელექტროდის პოტენციალი უფრო მცირე ალგებრული მნიშვნელობით.

ზოგიერთი სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი მოცემულია დანართ 4-ში.

განისაზღვრება ელექტროლიზის პროცესების რაოდენობრივი მახასიათებლები ფარადეის კანონი :

ელექტროლიტის მასა, რომელმაც ტრანსფორმაცია განიცადა ელექტროლიზის დროს, ისევე როგორც ელექტროდებზე წარმოქმნილი ნივთიერებების მასა, პირდაპირპროპორციულია ელექტროლიტის ხსნარში ან დნობაში გავლილი ელექტროენერგიის რაოდენობასა და შესაბამისი ნივთიერებების ექვივალენტურ მასებზე.

ფარადეის კანონი გამოიხატება შემდეგი განტოლებით:

სად წარმოიქმნება ან გარდაიქმნება ნივთიერების მასა;

E - მისი ეკვივალენტური მასა, g eq;

I - მიმდინარე ძალა, A;

t - დრო, წმ;

F არის ფარადეის რიცხვი (96,500 C / mol), ე.ი. ნივთიერების ერთი ეკვივალენტის ელექტროქიმიური გარდაქმნისთვის საჭირო ელექტროენერგიის რაოდენობა.

მაგალითი 1: რამდენი გრამი სპილენძი გამოიყოფა კათოდზე CuSO 4 ხსნარის ელექტროლიზის დროს 1 საათის განმავლობაში 4 ა დენის დროს.

გამოსავალი: სპილენძის ექვივალენტური მასა CuSO 4-ში არის =, E = 32, I = 4 A, t = 6060 = 3600 s მნიშვნელობების ჩანაცვლებით ფარადეის განტოლებაში, მივიღებთ

= 4,77 გ.

მაგალითი 2: გამოთვალეთ ლითონის ეკვივალენტი, რადგან იცოდეთ, რომ ამ ლითონის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს იხარჯება 3880 C ელექტროენერგია და გამოიყოფა 11,74 გ ლითონი კათოდზე.

გამოსავალი: ფარადეის განტოლებიდან ვიღებთ E =, სადაც m = 11,742 გ; F = 96,500 C / მოლ; ეს = Q = 3880 Cl.

E = = 29,35

მაგალითი 3: რამდენი გრამი კალიუმის ჰიდროქსიდი წარმოიქმნა კათოდზე K 2 SO 4 ხსნარის ელექტროლიზის დროს, თუ ანოდზე გამოიყოფა 11,2 ლიტრი ჟანგბადი (n.o.)?

გამოსავალი: ჟანგბადის ექვივალენტური მოცულობა (n.o.) 22,4 / 4 = 5,6 ლიტრი. შესაბამისად, 11,2 ლიტრი შეიცავს ჟანგბადის 2 ეკვივალენტურ მასას. კათოდზე წარმოიქმნა იგივე რაოდენობის ექვივალენტური KOH მასები. ან 56 2 = 112, 7 (56 გ/მოლ - KOH-ის მოლური და ექვივალენტური მასა).

ტყვია-მჟავა ბატარეა - ამ დროისთვის, ამ ტიპის ბატარეა ითვლება ყველაზე გავრცელებულად, იპოვა გამოყენების ფართო სფერო, როგორც მანქანის ბატარეა.

როგორ მუშაობს ბატარეა

მუშაობის პრინციპი, როგორც ზემოთ აღინიშნა ბატარეების შესახებ სტატიაში, ეფუძნება რედოქს ელექტროქიმიურ რეაქციას. ამ შემთხვევაში, ტყვიის რეაქციაზე ტყვიის დიოქსიდთან გოგირდმჟავას გარემოში. ბატარეის გამოყენებისას ხდება გამონადენი - ანოდზე ტყვიის დიოქსიდი შემცირდება, კათოდზე კი ტყვიის დაჟანგვა.

ბატარეის დატენვისას მოხდება ზუსტად საპირისპირო რეაქციები, დადებით ელექტროდზე ჟანგბადის გამოყოფა, უარყოფითზე კი წყალბადის გამოყოფა. გასათვალისწინებელია, რომ კრიტიკულ მნიშვნელობებზე, როდესაც ხდება დატენვა და ბატარეა თითქმის დამუხტულია, შეიძლება დაიწყოს წყლის ელექტროლიზის რეაქცია, რაც გამოიწვევს მის თანდათანობით ამოწურვას.

შედეგად, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ დამუხტვისას გოგირდის მჟავა გამოიყოფა ელექტროლიტში, რაც იწვევს ელექტროლიტის სიმკვრივის მატებას, ხოლო გამონადენის დროს გოგირდის მჟავა მოიხმარება და სიმკვრივე დაეცემა.

ბატარეის მოწყობილობა

ტყვიის მჟავა ბატარეა შედგება ელექტროდებისგან, გამყოფი გამყოფებისგან (უჯრედები, იზოლატორები), რომლებიც ელექტროლიტშია. თავად ელექტროდები ჰგავს ტყვიის ბადეებს, მხოლოდ განსხვავებული აქტიური ნივთიერებით, დადებით ელექტროდს აქვს აქტიური ნივთიერება - ტყვიის დიოქსიდი (PbO 2), უარყოფით ელექტროდს - ტყვია.

სურათი 1 - ტყვიის მჟავა ბატარეის ზოგადი ხედი

სურათი 2 - ბატარეის ელემენტი დადებითი და უარყოფითი ელექტროდებით, რომლებიც გამოყოფილია გამყოფებით

1-ელ სურათზე შეგიძლიათ იხილოთ მონობლოკის ცალკეული უჯრედები, რომლებიც დეტალურად არის განხილული 2-ში - რომელშიც არის დადებითი და უარყოფითი ელექტროდები, გამოყოფილი გამყოფებით.

ტყვიის მჟავა ბატარეის მუშაობა დაბალ ტემპერატურაზე

სხვა ტიპის აკუმულატორებისგან განსხვავებით, ტყვიის მჟავა მეტ-ნაკლებად მდგრადია სიცივის მიმართ, როგორც მოგვიანებით ვხედავთ - ფართოდ გამოიყენება მანქანებში. ტყვიის მჟავა ბატარეა კარგავს თავისი სიმძლავრის 1%-ს ყველა გრადუსზე, გარდა +20°C-ისა, რაც ნიშნავს, რომ 0°C-ზე ტყვიმჟავა ბატარეის სიმძლავრე იქნება მისი სიმძლავრის მხოლოდ 80%. ეს გამოწვეულია ელექტროლიტის სიბლანტის მატებით დაბალ ტემპერატურაზე, რის გამოც ის ჩვეულებრივ ვერ მიედინება ელექტროდებში და შემოსული ელექტროლიტი სწრაფად იშლება.

აკუმულატორის დატენვა

ბატარეების უმეტესობისთვის, დატენვის დენი უნდა იყოს დაწერილი კორპუსზე, დაახლოებით, ის შეიძლება იყოს ბატარეის სიმძლავრის 0,1-დან 0,3-მდე დიაპაზონში. ზოგადად, ზოგადად მიღებულია ბატარეის დატენვა მისი სიმძლავრის 10% დენით 10 საათის განმავლობაში. დატენვის მაქსიმალური ძაბვა არ უნდა აღემატებოდეს 2,3 ± 0,023 ვ-ს ბატარეის თითოეული ელემენტისთვის. ანუ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ 12 ვ ძაბვის მქონე ტყვიის ბატარეისთვის, დატენვის დროს ძაბვა არ უნდა აღემატებოდეს 13,8 ± 0,15 ვ.

ტყვიის მჟავა ბატარეების შენახვა

ტყვიის მჟავა ბატარეები უნდა ინახებოდეს მხოლოდ დამუხტულ მდგომარეობაში. მათი შენახვა განმუხტულ მდგომარეობაში იწვევს შესრულების დაკარგვას.

ელექტროქიმია

ზაილობოვი ლ.ტ., ტაშკენტის სახელმწიფო პედაგოგიური უნივერსიტეტის ასპირანტი. ნიზამი (უზბეკეთი)

ოქსიდაცია-აღდგენითი რეაქციების დამუშავების დემონსტრირება ტყვიის აკუმულატორში ინოვაციური ტექნოლოგიების გამოყენებით

წარმოდგენილია ინოვაციური ტექნოლოგიების გამოყენებით ტყვიის ბატარეაში მიმდინარე რედოქს რეაქციების პროცესების დემონსტრირების ანიმაციური მოდელი. ეს სტატია რეკომენდირებულია აკადემიური ლიცეუმებისა და კოლეჯების სტუდენტებისთვის, რომლებსაც აქვთ ქიმიის სიღრმისეული შესწავლა.

საკვანძო სიტყვები: რედოქს რეაქციები, გალვანური უჯრედი, ბატარეა, ტყვიის აკუმულატორი, H2SO4 ხსნარი, ელექტროდი, ანიმაციური მოდელი, მეტალის ტყვია, ელექტრული დენის შედეგი - გამონადენი, აღდგენა - მუხტი, იონები, ელექტრული გამტარობა.

განათლების განვითარება ტყვიის უჯრედებში მომხდარი ოქსიდაციურ-აღდგენითი რეაქციების შესახებ ინოვაციური ტექნოლოგიების გამოყენებით

წარმოდგენილია ანიმაციური მოდელი, ინოვაციური ტექნოლოგიების გამოყენებით ოქსიდაციურ-რეკონსტრუქციული რეაქციების სწავლის შემუშავება, რომელიც გადის ქლიავის ბატარეაში. ეს სტატია რეკომენდებულია აკადემიური ლიცეუმებისა და კოლეჯების გასათვალისწინებლად ქიმიის სიღრმისეული კვლევებით.

საკვანძო სიტყვები: დაჟანგვა-აღდგენითი რეაქციები, გალვანური ელემენტი, ბატარეა, ტყვიის ბატარეა, ხსნარი H2S04, ელექტროდი, ანიმაციური მოდელი, მეტალის ტყვია, ელექტრული დენის შედეგი - კატეგორია, რეკონსტრუქცია - მუხტი, იონები, გამტარობა.

ამჟამად ფართოდ გამოყენებული გალვანური უჯრედები - ბატარეები და აკუმულატორები ჩვენი ცხოვრების განუყოფელი ნაწილია. ჟანგვის და შემცირების პროცესები, რომლებიც მიმდინარეობს ბატარეებში, ერთ-ერთი ძნელად ათვისებადი თემაა ზოგად ქიმიაში. ამ თემის ვიზუალური საშუალებების და ქიმიური ექსპერიმენტების გარეშე ახსნა ამ პრობლემის მთავარი მიზეზია.

ელექტრონების პერიოდული მოძრაობები ჟანგვისა და შემცირების რეაქციებში, რომლებიც მიმდინარეობს გალვანურ უჯრედებში, შეიძლება მხოლოდ ინოვაციური ტექნოლოგიების დახმარებით აჩვენოს. ამ პროცესების დინამიური მოდელი ნაჩვენებია კომპიუტერის გამოყენებით. მზა ელექტრონული მონაცემებისა და ანიმაციის კომპიუტერული გაკვეთილები და მათი დემონსტრირება მოსწავლეებისთვის ამაღლებს გაკვეთილის ხარისხს.

ტყვიის მჟავა ბატარეა. ელემენტებში მიმდინარეობს შემდეგი რეაქციები: ენოდზე: Pb + SO43 ^ PbSO4 + 24

კათოდზე: Pb O2 + SO42 + 24 ^ PbSO4 + 2H2O ბატარეას აქვს შექცევადობის თვისება (შეიძლება დატენოს), ვინაიდან მასთან მიმდინარე რეაქციების პროდუქტი - ორივე ელექტროდზე წარმოქმნილი ტყვიის სულფატი - დნება. ფირფიტები და არ იშლება და არ იშლება მათგან. აქ ნაჩვენები ტყვიის ბატარეის ერთი უჯრედი იძლევა დაახლოებით 2 ვოლტის ძაბვას; 6 ან 12 ვ ბატარეებში აღწერილი უჯრედებიდან სამი ან ექვსი სერიულად არის დაკავშირებული.

პირველი სამუშაოდ ტყვიის მჟავა ბატარეა გამოიგონა 1859 წელს ფრანგმა მეცნიერმა გასტონ პლანტემ. ბატარეის დიზაინი შედგებოდა ფურცლის ტყვიის ელექტროდებისგან, გამოყოფილი ქსოვილის გამყოფებით, რომლებიც დახვეული იყო და მოთავსებული იყო 10% გოგირდმჟავას ხსნარით ჭურჭელში. პირველი ტყვიის მჟავა ბატარეების მინუსი იყო მათი დაბალი ტევადობა.

მაგალითად, განვიხილოთ მზა ტყვიის მჟავა ბატარეა. იგი შედგება გისოსიანი ტყვიის ფირფიტებისაგან, რომელთაგან ზოგი ივსება ტყვიის დიოქსიდით, ზოგი კი მეტალის სპონგური ტყვიით. ფირფიტები ჩაეფლო 35-40% H2804 ხსნარში; ამ კონცენტრაციისას გოგირდმჟავას ხსნარის სპეციფიკური გამტარობა მაქსიმალურია.

როდესაც ბატარეა მუშაობს - როდესაც ის გამორთულია - მასში ხდება რედოქსური რეაქცია, რომლის დროსაც მეტალის ტყვია იჟანგება:

Pb + 804-2 = Pb804 + 2e ან Pb-2e = Pb + 2

და ტყვიის დიოქსიდი მცირდება:

Pb02 + 2H2804 = Pb (804) 2 + 2H20

Pb (804) 2 + 2d = Pb804 + 80 ^ 2 ან Pb + 4 + 2d = Pb

დაჟანგვის დროს ტყვიის ლითონის ატომების მიერ შემოწირული ელექტრონები რედუქციის დროს ტყვიის PbO2 ატომებს იღებენ; ელექტრონები გადაეცემა ერთი ელექტროდიდან მეორეზე გარე მიკროსქემის მეშვეობით.

ამრიგად, ქიმიური პროცესები შეიქმნა და გამოცდა ბატარეებში ანიმაციური მოდელის სახით. იგი გვიჩვენებს ელექტრული დენის შედეგს - გამონადენს და აღდგენას - დამუხტვას. თითოეული რეაქციის წარმოქმნა აიხსნება ხსნარში იონების მოძრაობით.

p-1,23-1,27 გ / მლ

შიდა წრეში (H2804 ხსნარში), როდესაც ბატარეა მუშაობს, ხდება გადაცემა

იონები. იონები 804 გადადიან ანოდში, ხოლო იონები H + კათოდში. ამ მოძრაობის მიმართულებას განსაზღვრავს ელექტროდული პროცესების მიმდინარეობის შედეგად წარმოქმნილი ელექტრული ველი: ანიონები მოიხმარენ ანოდში, ხოლო კათიონები კათოდში. შედეგად, ხსნარი რჩება ელექტრონულად ნეიტრალური.

თუ დავუმატებთ ტყვიის ჟანგვის და PbO2-ის შემცირების შესაბამის განტოლებებს, მივიღებთ იმ რეაქციის ჯამურ განტოლებას, რომელიც ხდება ტყვიის ბატარეაში მისი მუშაობის (გამონადენის) დროს:

Pb + Pb02 + 4H ++ 2B04

2PbB04 + 2H2O

ე.მ.ს. დამუხტული ტყვიის მჟავა ბატარეა არის დაახლოებით 2 ვ. ბატარეის გამორთვისას იხარჯება მისი კათოდის (PbO2) და ანოდის (Pb) მასალები. ასევე მოიხმარენ გოგირდის მჟავას. ამ შემთხვევაში ბატარეის ტერმინალებზე ძაბვა ეცემა. როდესაც ის ოპერაციული პირობებით დაშვებულ მნიშვნელობაზე ნაკლები ხდება, ბატარეა იტენება.

დასატენად (ან დასატენად) ბატარეა უკავშირდება გარე დენის წყაროს (პლუს პლუსს და მინუს მინუსს). ამ შემთხვევაში, დენი მიედინება ბატარეის მეშვეობით საპირისპირო მიმართულებით, რომელშიც ის გავიდა ბატარეის დაცლის დროს. შედეგად ელექტროდებზე ელექტროქიმიური პროცესები „უკუქცეულია“. აღდგენის პროცესი ახლა მიმდინარეობს ტყვიის ელექტროდზე:

Pb804 + 2H ++ 2d = H2B04 + Pb ე.ი. ეს ელექტროდი ხდება კათოდი. ჟანგვის პროცესი ხდება PbO2 ელექტროდზე:

Pb804 + 2H + -2d = Pb02 + H2804 + 2H +

ამიტომ, ეს ელექტროდი ახლა არის ანოდი. ხსნარში იონები მოძრაობენ საპირისპირო მიმართულებით იმ მიმართულებით, რომელშიც ისინი მოძრაობდნენ ბატარეის მუშაობის დროს.

ბოლო ორი განტოლების დამატებით, მივიღებთ განტოლებას რეაქციისთვის, რომელიც ხდება ბატარეის დატენვისას:

2PbB04 + 2N0 ^ Pb + Pb02 + 2H2B04

ადვილი მისახვედრია, რომ ეს პროცესი საპირისპიროა იმ პროცესისა, რაც ხდება ბატარეის მუშაობის დროს: ბატარეის დამუხტვისას მასში კვლავ მიიღება მისი მუშაობისთვის აუცილებელი ნივთიერებები.

ტყვიის მჟავა ბატარეები ყველაზე გავრცელებულია ყველა არსებული ქიმიური დენის წყაროს შორის. მათი ფართომასშტაბიანი წარმოება განისაზღვრება როგორც შედარებით დაბალი ფასით ნედლეულის შედარებით ნაკლებობის გამო, ასევე ამ ბატარეების სხვადასხვა ვერსიების შემუშავებით, რომლებიც აკმაყოფილებს მომხმარებელთა ფართო სპექტრის მოთხოვნებს.

ამ ტყვიის მჟავა ბატარეაში მიმდინარე პროცესების ვიზუალური დემონსტრირების გამოყენება, ანიმაციური მოდელის გამოყენება საშუალებას აძლევს სტუდენტებს უფრო მარტივად ისწავლონ ასეთი რთული თემა.

ლიტერატურა

1.R.Dickerson, G. Gray, J. Height. ქიმიის ძირითადი კანონები. გამომცემლობა "მირ" მოსკოვი 1982 წ. 653 წ.

2. დეორდიევი ს.ს. ბატარეები და მათი მოვლა. კ .: ტექნიკა, 1985 წ.136 წ.

3. ელექტროტექნიკური ცნობარი. 3 ტომად ტ.2. ელექტრო პროდუქცია და მოწყობილობები / სულ. რედ. პროფესორები MPEI (მთავარი ed. IN Orlov) და სხვები. 6 რევ. და დაამატეთ. M .: Energoatomizdat, 1986.712 გვ.