- •Окислительно-восстановительные реакции.
- •Составление уравнений овр.
- •Двойной электрический слой. Окислительно-восстановительный (электродный) потенциал.
- •2. Гальванические элементы. Электродвижущая сила (э.Д.С.) и ее измерение.
- •Окислительно-восстановительная способность двух форм электрохимической системы.
- •Эдс как количественная характеристика возможности протекания окислительно-восстановительного процесса.
- •Уравнение Нернста.
- •Уравнения электродного потенциала.
- •1.Взаимодействие металлов с кислотами, в которых окислитель – катион водорода.
- •2.Взаимодействие металлов с водой.
- •3.Взаимодействие металлов с растворами щелочей.
- •4.Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой.
- •5.Взаимодействие металлов с азотной кислотой (разб. И конц.).
- •Взаимодействие металлов с растворами солей.
- •Взаимодействие концентрированной серной с неметаллами-восстановителями.
- •Взаимодействие азотной кислоты с неметаллами
- •Окислительно-восстановительные свойства воды.
- •Взаимодействие металлов с кислородом, азотом, водородом и углеродом.
- •Взаимодействие металлов с кислородом и образование оксидной пленки.
- •Взаимодействие металлов с азотом.
- •Коррозия металлов
- •Газовая коррозия
- •Образование оксидной пленки на металлах
- •Атмосферная коррозия
- •Электрохимическая коррозия
- •Методы защиты от коррозии.
- •1. Модификация самого металла:
- •2.Отделение (предохранение) металла от окружающей среды с помощью защитных покрытий.
- •3.Электрохимические методы защиты (суть – заставить разрушаться болванкам).
- •4.Химическая обработка для повышения коррозионной стойкости (пассивация поверхности металла) - то, что не использовалось в выше приведенных методах, часто в расплавах или при повышенных температурах.
- •5.Специальная обработка электролита или среды, в которой находится металл (удаление или уменьшение концентрации веществ, вызывающих коррозию).
- •Измерение э.Д.С. Химических источников тока.
- •Виды электродов
- •Обратимые электроды
- •Электроды 1-го рода — электроды, состоящие из металла, погруженного в раствор его соли;
- •Ионоселективные мембранные электроды.Электроды с ионообменной мембраной с фиксированными зарядами — стеклянный электрод;
- •Химические источники электрической энергии (хиээ)
- •Аккумуляторы.
- •Типы аккумуляторов
- •Свинцово-кислотные аккумуляторы.
- •Принцип действия
- •Устройство
- •Литий-ионные аккумуляторы.
- •Литиевые элементы различных электрохимических систем
- •Электролиз.
- •Законы электролиза м. Фарадея.
- •Практическое применение электролиза.
- •Электрофорез и электродиализ.
- •Металлы и сплавы.
- •Классификация металлов.
- •Основные методы получения металлов.
- •Получение металлов высокой чистоты.
- •Металлы и сплавы
- •Введение
- •1. Методы аналитической химии
- •2. Классификация химических и физико-химических методов
- •3. Качественный анализ
- •3.1. Методика проведения качественного анализа
- •3.2. Лабораторные работы по теме «Качественный анализ» Лабораторная работа №1 Химический анализ природной воды
- •Лабораторная работа №2 Анализ металлов и сплавов
- •4. Количественный анализ
- •4.1. Титриметрические методы анализа
- •4.2. Расчеты в титриметрическом методе анализа
- •4.3. Методика выполнения титриметрического анализа
- •4.4. Метод кислотно-основного титрования
- •4.5. Общие представления о других методах титриметрического анализа
- •4.6. Лабораторные работы по теме «Количественный анализ» Лабораторная работа №1 Определение концентрации гидроксида натрия в растворе
- •Лабораторная работа № 2 Анализ воды на ионы хлора методом аргентометрического титрования
- •5. Физико-химический анализ
- •5.1.Термический анализ
- •5.2. Диаграмма плавкости двух металлов с неограниченной растворимостью в жидком и полной нерастворимостью в твердом состоянии
- •5.3. Диаграмма плавкости двух металлов, образующих химическое соединение
- •5.4. Диаграмма плавкости двух металлов, образующих непрерывный ряд твердых растворов
Уравнения электродного потенциала.
При стандартных условиях электродные потенциалы имеют стандартные значения. Для условий, отличных от стандартных (иная концентрация электролита и иная температура) электродные потенциалы будут иметь другие значения. Их можно рассчитать, исходя из стандартных потенциалов Е0 по уравнению электродного потенциала или уравнению Нернста:
R T
Е = Е0 + __________ ln α , где
Z F
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,3144 Дж/(моль. К); Т – термодинамическая температура, К; Z – заряд иона; F – постоянная Фарадея, равная 9,6485.104 Кл/моль; α – активность ионов в растворе, моль/л.
При подстановке числовых значений универсальной газовой постоянной и постоянной Фарадея и при переходе к десятичным логарифмам уравнение электродного потенциала принимает вид:
Т
Е = Е0 + 1,984 • 10-4 _____ lg α
Z
Для расчета потенциала электрода в растворе электролита при комнатной температуре (18 -220С) можно использовать уравнение Нернста в следующей форме:
0,058
Е
= Е0 + lg
α
Z
Пример. Потенциал медного электрода ( Z = 2) в растворе CuCl2 с активностью
α =0,001 моль/л равен:
0,058 0,058
Е
= Е0 + lg
α = 0,358 + lg
α 0,001 = +0,271В
Z 2
Химические свойства металлов.
Взаимодействие с водой, водными растворами щелочей, кислот и солей.
Для понимания процессов разрушения металлов под воздействием внешней среды (коррозии металлов), необходимо рассмотреть, как протекают химические процессы их взаимодействия с водой, водными растворами щелочей, кислот и солей.
1.Взаимодействие металлов с кислотами, в которых окислитель – катион водорода.
К таким кислотам следует отнести сильные кислоты: HCl, HBr, HI, H2SO4(разб.), а также кислоты средней силы и слабые: H2SO3, H3PO4, HF, H2CO3 и др., а также органические кислоты.
Схематично реакцию можно записать в следующем виде:
Ме + nНCl = MeCln + n/2H2
Ок-е: Мео – ne Меn+ Ео (Меn+/Мео)
Вос-е: 2Н+ + 2е → Н2 Ео = 0 (потенциал водородного электрода в кислой среде).
Ео = 0 - Ео (Меn+/Мео) > 0, следовательно: Ео (Меn+/Мео)< 0 – это условие самопроизвольного протекания реакции. Следовательно, с такими кислотами могут взаимодействовать металлы, стоящие в ряду электродных потенциалов до водорода (выше водорода). Причем, чем больше ЭДС реакции, тем интенсивнее она протекает. Например, железо может окисляться до двухвалентного и трехвалентного состояний.
Fe + 2НCl = FeCl2 + H2 Ео = 0,44В
2Fe + 6НCl =2FeCl3 + 3H2 Ео = 0,04В
ЭДС первой реакции больше, чем второй (вторая реакция менее энергетически выгодна), поэтому окисление железа катионом водорода идет с образованием соли двухвалентного железа. Также окисляются хром, марганец, олово, свинец, образуя катионы металлов в степени окисления +2.
Металлы, имеющие положительные значения стандартного электродного потенциала, располагающиеся в таблице ниже водородного нуля, не взаимодействуют с этими кислотами, т.к. ЭДС реакции меньше нуля:
Сu + HCl →
Ео = 0 – (+0,34) = -0,34 < 0
Такая реакция протекать не может. Аналогично ведут себя металлы: серебро, ртуть, и др.
ИСКЛЮЧЕНИЯ.
1. Некоторые металлы могут подвергаться солевой пассивации даже в разбавленных растворах соляной, серной кислот и других указанных выше кислот. Пассивация – это процесс образования плотных оксидных или солевых пленок, которые покрывают поверхность металла, препятствуя его дальнейшему окислению. Например, солевой пассивации подвергается свинец.
Pb + 2НCl = PbCl2 + H2 Ео = 0,13В 0
Точно также идет процесс с разбавленной серной кислотой. Эта реакция т/д возможна, но практически не идет из-за образующихся на поверхности свинца малорастворимых хлоридов и сульфатов свинца.
В концентрированной соляной кислоте при нагревании нерастворимый хлорид свинца образует комплексное соединение:
PbCl2 + 2HCl = H2PbCl4
2.Металлы, стоящие после водорода в ряду ЭП могут взаимодействовать с растворами галогеноводородных кислот, если образуется соединение с малой степенью диссоциации или малой растворимостью, например, серебро с НI, HBr
2Ag + 2HI = 2AgI (осадок) + H2
Концентрация ионов серебра составляет 10-16 моль/л. Расчет Е(Ag+/Ag) дает отрицательное значение ЭП для этой концентрации, поэтому реакция термодинамически возможна и практически идет.
Е(Ag+/Ag) = Е0 (Ag+/Ag) + 0,059/z lg 10-16 = 0,8 + 0,059 (-16) = 0,8 – 0,96 = 0,16В
Медь можно растворить в концентрированной соляной кислоте при длительном кипячении, но там идет процесс с участием кислорода по реакции:
2Сu + 4HCl + О2 = 2CuCl2 + 2H2O
Ок-е: Cu – 2e Cu2+ l x2 Eo = +0,34B
Вос- е: О2 + 4H+ + 4e 2H2O l x1 Eo = 1,23B
Ео = 1,23 – (+0,34) = +0,89В 0, следовательно реакция термодинамически возможна и практически идет.
Этой реакции соответствует гальванический элемент, в котором один из электродов – так называемый кислородный электрод. Его конструкция подобна нормальному водородному электроду, только вместо водорода к платиновой пластинке подается кислород под давлением 1 атм. В кислой среде на границе Рt-электролит реализуется указанное выше равновесие, а щелочной –
О2 + 2Н2О + 4e 4OН- Ео = +0,40В
