Электродные потенциалы, уравнение Нернста. Константы равновесия окислительно- восстановительных реакций.

Если же процессы окисления и восстановления пространственно разделить, то любую окислительно-восстановительную реакцию можно использовать для получения электрической энергии. Такие устройства называют химическими источниками тока (ХИТ). При замыкании внешней цепи проводником первого рода начинается окислительно-восстановительная реакция, о чем свидетельствует возникновение электродвижущей силы (ЭДС). В проводниках второго рода носителями заряда служат ионы, в отличие от электронов в проводниках первого рода.

Реакция CuSO4 + Zn = Cu + ZnSO4 в электрохимическом варианте является основой гальванического элемента Даниэля–Якоби.

Величина напряжения гальванического элемента позволяет оценивать восстановительную способность металлов и окислительную способность ионов металлов. Для водных растворов в качестве эталонного электрода сравнения применяют стандартный водородный электрод. В раствор серной кислоты помещают платиновый электрод, покрытый платиновой чернью. Платиновая чернь имеет очень развитую поверхность, на которой хорошо адсорбируются молекулы газов и ионы. К платиновому электроду по трубке подводится газообразный водород под давлением 1 атм. На поверхности платины происходит процесс: 2H++2e ⇄ H2. Помимо адсорбирования ионов и молекул водорода платина в данном полуэлементе выполняет роль индифферентного проводника, а также катализатора реакции. Через солевой мостик водородный полуэлемент соединятеся с любым другим полуэлементом. Измеряя напряжение гальванического элемента, составленного из водородного электрода и полуэлемента, сожержащего окисленную и восстановленную формы металла, можно получить значения электродных потенциалов.

Электродный потенциал– напряжение гальванического элемента, составленного из интересующего нас электрода и электрода сравнения (водородного электрода).

Для веществ, из которых непосредственно нельзя сделать электрод, можно создать так называемые окислительно-восстановительные электроды. В этом случае достаточно инертный платиновый электрод погрузить в раствор, содержащий ионы или молекулы окисленной и восстановленной форм вещества, например, Fe3+ и Fe2+; Cu2+ и Cu+. На поверхности платинового электрода между окисленной и восстановленной формами вещества установится равновесие: Ox+ne ⇄Red.

Из такого электрода и электрода сравнения также можно составить гальванический элемент и замерить его напряжение, которое будет характеризовать свойства окислительно-восстановительной пары.

Под окислительно-восстановительным потенциалом понимают напряжение гальванического элемента, состоящего из полуэлемента, содержащего окислительно-восстановительную пару и электрода сравнения (водородного электрода).



Платиновая чернь адсорбирует водород, который электрохимически взаимодействует с H+ по уравнению

Для гальванического элемента

(–)Pt, H2¦2H+||Mn+¦M(+),

в котором протекает окислительно-восстановительная реакция

запишем уравнение изотермы

Учитывая, что для стандартного водородного электрода активности ионов H+ и газа H2 равны 1, а ΔG = –nFE, после преобразования получим уравнение Нернста для электродного процесса:

– ЭДС реакции, n – число электронов, участвующих в электронной реакции, F – число Фарадея.

Уравнение Нернста:

Перейдя от натуральных логарифмов к десятичным и подставив численные значения F, R и T = 298 K, получим удобную для расчетов форму уравнения Нернста:

Активность твердого вещества (aтв) принимается равной единице, поэтому в случае рассматриваемого нами металлического электрода (aM) уравнение Нернста упрощается:


43.p-элементы IV группы Периодической системы: углерод и кремний. Электронная
конфигурация, степени окисления. Оксиды, гидроксиды; их кислотные свойства.
Примеры растворимых и малорастворимых карбонатов.

электронная конфигурация углерода [He] 2s2 2p2 ст. ок. +2,+4

электронная конфигурация кремния [Ne] 3s2 3p2; в соед. [Ne] 3s 3p3 (гибридизация) ст.ок. -4,0,+2,+4
Моноокси́д углеро́да (уга́рный газ, о́кись углеро́да, оксид углерода(II)) — бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха, легче воздуха (при нормальных условиях).
низкокипящее вещество, газообразное и достаточно инертное при стандартных условиях.
В молекуле СО одна Из электронных пар, находящаяся на самой низкой по энергии МО, практически локализована на атоме кислорода, а вторая - на самой высокой по энергии занятой МО - практически лока-лизована на атоме углерода.
Монооксид углерода практически не растворяется в воде и с ней не реагирует, хотя формально его можно рассматривать как ангидрид муравьиной кислоты, которая легко разлагается, теряя воду:



нсоон = Н20 + со

Свойства СО:
Оксид углерода(II) реагирует с халькогенами. С серой образует сероксид углерода COS, реакция идёт при нагревании, по уравнению: CO+S=COS (ΔG°298 = −229 кДж, ΔS°298 = −134 Дж/K). Получены также аналогичные селеноксид углерода COSe и теллуроксид углерода COTe.

Восстанавливает SO2: 2CO+SO2=2CO2+S

C переходными металлами образует горючие и ядовитые соединения — карбонилы, такие как Fe(CO)5, Cr(CO)6, Ni(CO)4, Mn2(CO)10, Co2(CO)9 и др. Некоторые из них летучие.

nCO+Me=Me(CO)n

Оксид углерода(II) незначительно растворяется в воде, однако не реагирует с ней. Также он не вступает в реакции с растворами щелочей и кислот. Однако реагирует с расплавами щелочей с образованием соответствующих формиатов:CO+KOH=HCOOK

Реакция оксида углерода(II) с металлическим калием в аммиачном растворе. При этом образуется взрывчатое соединение диоксодикарбонат калия:2K+2CO=K2C2O2

Реакцией с аммиаком при высоких температурах можно получить важное для промышленности соединение — циановодород HCN. Реакция идёт в присутствии катализатора (диоксид тория ThO2) по уравнению: CO+NH3=H2O+HCN

Важнейшим свойством оксида углерода(II) является его способность реагировать с водородом с образованием органических соединений (процесс синтеза Фишера — Тропша): xCO+yH2= спирты + линейные алканы

СО2

CO2 - диоксид углерода, углекислый газ - получается при сгорании любых углеродсодержащих веществ в избытке воздуха. Молекула СО2 линейная с ковалентными кратными связями О=с=О как и в оксидах азота, прочность пи-связей в молекуле СО2 велика, и поэтому диоксид углерода не склонен к полимеризации. Этим он резко отличается от диоксидов других элементов 14-й группы. Уже в случае кремния пи-связи заметно меньшую энергию, чем сигма связи, и диоксид кремния образу-ет атомную кристалическую решетку, в которой атомы кремния имеют координационное число, равное 4 и образуют 4 сигма связи, а все атомы кислорода являются мостиковыми.


5554735671199342.html
5554782740680356.html
    PR.RU™