- •Физическая химия для 2тв, 2тк
- •1.1. Свойства растворов электролитов. Закон разведения оствальда. Теория электролитической диссоциации аррениуса.
- •1.2. Понятие об электролитической теории сильных
- •1.3. Активность и коэффициент активности электролитов.
- •3.1. ЭлектрОхимические системы. Электрод.
- •3.2. Правила записи электродов и электрохимических цепей.
- •3.2.1. Правила записи электродов и электрохимических цепей.
- •3.2.2. Уравнение Нернста для эдс гальванического элемента.
- •3.3. Стандартный водородный электрод.
- •3.6.2. Электроды второго рода.
- •3.6.3. Электроды третьего рода.
- •3.6.4. Окислительно-восстановительные электроды.
- •3.6.5. Ионообменные электроды.
- •Тема 10
- •4.2. Кинетика необратимых гомогенных простых реакций.
- •4.2.1. Реакции нулевого порядка.
- •4.3. Методы определения порядка реакции.
- •4.5. Кинетика сложных реакций.
- •4.5.3. Последовательные реакции.
- •4.5.4. Понятие о лимитирующей стадии.
- •Лекция 5
- •5.3. Теория активного комплекса
3.6.2. Электроды второго рода.
Элетродом второго рода называют систему, в которой металл покрыт слоем его труднорастворимого соединения (соли, оксида и гидроксида), а в растворе находятся анионы, одноименные с анионами, содержащимися в этом труднорастворимом соединении:
.
Рассмотрим в качестве примера хлорсеребряный электрод, представляющий собой серебряную пластинку, покрытую слоем хлорида серебра и погруженную в раствор HCl):
.
В потенциалопределяющей реакции на этом электроде принимают участие как катионы, так и анионы. Электрохимическому процессу
(I)
сопутствует химическая реакция, приводящая к осаждению или растворению AgCl:
. (II)
Суммарное уравнение реакции, согласно которой электрод обратим относительно аниона:
. (III)
Реакции III соответствует следующее уравнение для расчета электродного потенциала:
. (3.22)
Хлорсеребряный электрод можно рассматривать и как электрод первого рода, обратимый относительно катиона (реакция I), у которого активность ионов серебра в растворе определяется растворимостью AgCl. Потенциал электрода равен
. (3.23)
Для труднорастворимой соли AgCl
. (3.24)
Сочетание (9.23) и (9.24) приводит к следующему выражению:
. (3.25)
Тогда
(3.26)
и связь стандартных потенциалов реакций I и III определяется уравнением
. (3.27)
Стандартный потенциал хлорсеребряного электрода при 298.15 К равен
![]()
Другим
примером электрода второго рода является
каломельный
электрод
(рис. 8), состоящий из ртути, покрытой
пастой, содержащей каломель, и
соприкасающейся с раствором KCl:
.
Потенциалопределяющая реакция:
;
потенциал каломельного электрода определяется выражением
.

Рис. 8. Каломельный электрод. 1 — ртуть, 2 — платиновая проволока,
3 — паста из каломели, 4 — стеклянная трубка, 5 — пробка,
6 — боковая трубка, 7 — сифон, 8 — раствор KCl.
По концентрации применямого раствора KCl различают 0,1 н., 1 н. и насыщенный каломельные электроды. Последний используется наиболее широко. Зависимость его потенциала от температуры описывается уравнением
![]()
Вследствие устойчивости потенциалов электроды второго рода используются как электроды сравнения при потенциометрических измерениях. Для этой цели наиболее употребительны каломельный и хлорсеребряный электроды.
3.6.3. Электроды третьего рода.
Такой электрод представляет собой металл, на котором осаждены две труднорастворимые соли. Например, серебро, покрытое сначала хлоридом серебра, а затем хлоридом свинца. Электрод погружен в раствор растворимой соли свинца (PbNO3). Уравнение электродной реакции следующее:
.
3.6.4. Окислительно-восстановительные электроды.
Все электроды, которым соответствуют потенциалопределяющие реакции с участием электронов, являются окислительно-восстановительными системами. Однако принято в особую группу выделять электроды, в потенциалопределяющих реакциях которых не участвуют простые вещества – газы, металлы. Их называют окислительно-восстановитель-ными (редокс-электроды). Как правило, эти электроды состоят из инертного вещества с электронной проводимостью (например, платина), погруженного в раствор, содержащего вещества с различной степенью оксления Red и Ox. Металл обменивается электронами с участниками окислительно-восстановительной реакции и принимает определенный потенциал при установлении равновесия в системе. Его роль сводится к подводу и отводу электронов к веществам, реагирующим на поверхности электрода. В общем виде схема электрода и уравнение электродной реакции записывается в следующем виде:
,
.
Потенциал редокс-электрода определяется по уравнению
.
К окислительно-восстановительным относятся в первую очередь электроды, в которых Ox и Red являются ионами, а электродная реакция состоит в перемене их заряда. Например, системам
,
,![]()
соответствуют следующие потенциалопределяющие реакции:
,
,
.
Пример
3.2.
Определить величину редокс–потенциала
железного электрода в растворе, в котором
активность ионов Fe2+
в 10 раз больше активности ионов Fe3+.
Стандартный потенциал электрода при
20 оС
равен
=
0,771
В.
Решение. По уравнению

находим
.
Так
как
,
,
то стандартному значению редокс – потенциала железного электрода отвечает следующее значение константы равновесия:
![]()
Кроме рассмотренных, относительно простых редокс-электродов, существует более сложные окислительно-восстановительные электроды, в потенциалопределяющих реакциях которых участвуют ионы Н+ и молекулы воды. Наиболее используемым из таких электродов на практике является хингидронный электрод, представляющий собой платиновую пластинку, погруженную в исследуемый раствор, в который добавлено небольшое количество хингидрона – эквимолекулярного соединения хинона и гидрохинона С6Н4О2·С6Н4(ОН)2. В воде это соединение малорастворимо и распадается на хинон С6Н4О2 и гидрохинон С6Н4(ОН)2. Схема электрода и потенциаопределяющая реакция следующие:
,
.
Потенциал хингидронного электрода равен
,
где аХ и аХГ – активности хинона и гидрохинона. Так как хинон и гидрохинон малорастворимы, то их активности можно принять равными концентрациям, а поскольку последние равны между собой, то аХ = аХГ. Тогда
.
С
учетом того, что
,
получаем
,
,
где
э.с.
– потенциал электрода сравнения, Е
– ЭДС гальванического элемента,
составленного из электрода сравнения
и хингидронного электрода.
Хингидронный электрод может быть использован для измерения рН кислых и слабощелочных растворов (до рН = 8), не содержащих окислителей и восстановителей. Достоинством электрода является простота устройства и быстрое установление равновесного потенциала.
