Автор: Письменко В.Т. Петрова Л.В. Калюкова Е.Н. Кошева Н.В.
Теги: неорганическая химия химические науки химия
Год: 2001
Текст
Министерство образования Российской Федерации
Ульяновский государственный технический университет
Сборник лабораторных работ по химии
Методические указания для бакалавров технических специальностей Часть 5
Издание переработанное и исправленное
Составители. в.Т.Письменко
Л.В.Петрова
Е.Н.Калюкова
Н.В. Кошева
Ульяновск 2001
УДК 546(076)
ББК 24я7
С23
Рецензент профессор, д-р хим. наук В.М. Николаев Одобрено секцией методических пособий научно- методического совета университета
Сборник лабораторных работ по химии: Методические указания для бакалавров технических специальностей. Часть 5. / Сост.: В.Т. Письменко, Л.В. Петрова, Е.Н. Калюкова, Н.В. Кошева. Издание переработанное и исправленное.- Ульяновск: УлГТУ, 2001.- 42с.
Настоящие методические указания составлены в соответствии с программой по химии для нехимических специальностей технических вузов, утвержденной Главным учебно-методическим управлением высшего образования 17.05.1988 г.
(индекс ГУМУ - 3/1).
Данные методические указания помогут студентам усвоить основные понятия и законы термодинамики, кинетики и электрохимии, а также приобрести навыки экспериментальной работы и обработки опытных данных.
УДК 546(076) ББК 24я7
Сборник лабораторных работ по химии
Методические указания для бакалавров технических специальностей. Часть 5 Составители: Письменко Валерий Терентьевич
Петрова Людмила Васильевна
Калюкова Евгения Николаевна
Кошева Наиля Вафаевна
Подписано в печать.Об 02..00. Формат 60x84/16. Бумага писчая.
Усл. печ. л. 2.56. Уч. - изд.л. 2.00. ТирЗООэкз. Заказ.4316
Ульяновский государственный технический университет, 432027, Ульяновск, Сев. Венец. 32
Типография УлГТУ,432027, Ульяновск. Сев. Венец, 32
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа № 1
Определение теплового эффекта реакции нейтрализации....... 4
Лабораторная работа № 2
Определение скорости реакции взаимодействия алюминия со щёлочью............................................... 14
Лабораторная работа № 3
Определение электродных потенциалов гальванических элементов.................................................. 24
э
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА РЕАКЦИИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
Цель работы: усвоить основные понятия химической термодинамики, опытным путём определить изменение энтальпии реакции нейтрализации, установить соответствие опытных данных закону Г.И. Гесса.
Введение
Как известно, вещество состоит из отдельных частиц (атомов, молекул, ионов), находящихся во взаимодействии. Химическое превращение вещества связано с изменением строения, состава за счет разрыва старых и образования новых связей между частицами. Процесс превращения сопровождается энергетическими изменениями (выделением или поглощением энергии), так как на разрыв или возбуждение химических связей первоначально взятых веществ затрачивается энергия, а в результате образования новых связей в продуктах реакции энергия выделяется.
Переходы энергии из одной формы в другую (и от одной части системы к другой), энергетические эффекты, сопровождающие различные химические процессы, а также условия самопроизвольного протекания процессов и пределы их протекания в данных условиях - всё это является предметом изучения науки, называемой химической термодинамикой.
Для описания энергетических явлений в химических реакциях пользуются, так называемыми, термохимическими уравнениями. Они записываются как обычные химические уравнения реакций, но с указанием величины и знака теплового эффекта реакции (в случае экзотермических реакций знак «+», т.е. теплота выделяется в процессе реакции; а в случае эндотермических реакций знак «-», т.е. теплота поглощается в процессе реакции). Например:
СаСОз кристал. — СаО Кристал. + СОзгаз 147,5 кДж.
Тепловой эффект этой реакции равен Qp = -147,5 кДж, а изменение энтальпии АН = +147,5 кДж, что говорит об увеличении энергосодержания реагирующей системы.
В термохимических уравнениях обязательно указываются агрегатные состояния реагирующих веществ и продуктов реакции, т.к. каждому состоянию вещества соответствует строго определенное энергосодержание. Сравните, например, вода в жидком или парообразном состоянии будет обладать большим запасом энергии ?
4
Тепловые эффекты в термохимических уравнениях относят к 1 молю исходного или конечного вещества. Поэтому в термохимических уравнениях допускаются дробные коэффициенты. Например:
н2 газ +,1/2О2 газ= Н2О пар + 241,8 кДж.
При образовании одного моля воды в виде водяного пара из газообразных водорода и кислорода выделяется 241,8 кДж, а изменение энтальпии реакции ДН =-241,8 кДж.
Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при образовании 1 моля химического соединения из простых веществ, носит название теплоты образования или энтальпии образования химического соединения.
Так, в последней реакции сложное химическое соединение - вода в количестве одного моля получена из простых веществ (водорода Н2 и кислорода О2) и при этом выделилось 241,8 кДж тепла. Следовательно, теплота образования воды:
Q H2PoOe' = +241,8 кДж/моль, a AH^®q30b =-241,8 кДж/моль.
Для того, чтобы можно было сравнивать величины энтальпий, а, следовательно, и тепловые эффекты реакций, выбрали одинаковые,, стандартные условия для их определения. За стандартное состояние вещества принято считать состояние одного моля чистого вещества при давлении 1 атм. и температуре 298 К. Стандартные значения энтальпии простых веществ (например, водорода Н2, кислорода О2, меди Си, железа Fe и т.п.) для тех агрегатных состояний, в которых эти вещества устойчивы при стандартных условиях, принимаются равными нулю. Если простое вещество при стандартных условиях может существовать в виде нескольких модификаций, то к нулю приравнивается энтальпия (теплота) образования наиболее устойчивой модификации. Например, наиболее устойчивой модификацией кислорода является молекулярный кислород О2, менее устойчивы озон О3 и атомарный кислород О, поэтому
АН,, q =0; АН q = 144,46 кДж/моль; АНП = 6,78 кДж/моль.
П2^пар М^газ ^газ
Стандартные значения изменения энтальпии (часто говорят просто энтальпия, опуская слово изменение) отмечают индексом «о» в верхней части символа энтальпии, как в приведенных выше примерах.
Тепловой эффект реакции (энтальпию реакции) можно рассчитать на основании термохимических законов по известным значениям теплот образования (энтальпий образования) исходных веществ и продуктов реакции.
5
Термохимических законов всего два и оба являются частным случаем общего закона сохранения энергии. Первый из них читается так:
Теплоты образования и разложения вещества равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку.
Например, образование 1 моля сернистого ангидрида SO2 газ из простых веществ протекает с выделением во внешнюю среду Q= +294,26 кДж
8 кристал. О2 газ — SO2 газ + 294,26 кДж, а энергосодержание реагирующей системы, следовательно, уменьшается на величину
ДН sq = -294,26 кДж. ov/2 газ
Если же попытаться разложить 1 моль сернистого ангидрида на те же исходные вещества, то потребуется подвести извне то же количество энергии Q= -294,26 кДж, т.е.
SO2 газ = S кристал. + О2 газ " 294,26 кДж
И энергосодержание системы увеличится на АН° = +294,26 кДж.
Следствием этого закона является положение: чем больше теплота образования вещества, тем оно (вещество) прочнее.
Первый закон известен под названием закона Лавуазье-Лапласа. Открыт он в 1770 г. учеными, в честь которых и получил название.
Второй закон открыт русским ученым Г.И.Гессом в 1836 году. Существует несколько эквивалентных формулировок закона. Одна из них:
“Тепловой эффект реакции не зависит от способа её проведения, а зависит лишь от начального и конечного состояния веществ” или другая:
“Если химический процесс протекает в несколько стадий, то общий тепловой эффект процесса равен алгебраической сумме тепловых эффектов промежуточных стадий ”.
Пусть, например, вещества А, В, С превращаются в вещества Д, Е, Г согласно уравнению:
А + В + С = Д + Е + Г + Qp.
Тепловой эффект этой реакции равен Qp. Если этот процесс провести другими способами (рис. 1.1), то тепловой эффект реакции Qp будет равен алгебраической сумме тепловых эффектов отдельных стадий:
6
Рис. 1.1. Иллюстрация закона Г.И. Гесса
Qp = Qi + Q2 + Q3 + Q4 + Qs
или Qp = Qe + Q7 + Qs
Рассмотрим конкретный пример - окисление железа кислородом воздуха
2 Fe крис. + 3/2 О2 газ = РегОзкрис. + 822,1 кДж.
В результате процесса окисления железа до оксида выделяется 822,1 кДж тепла. Этот же процесс можно провести, например, в две стадии. Согласно первой стадии происходит образование оксида железа (П) FeO по реакции:
1. 2РеКрИС. + О2 газ = 2 FeO крис. + 2-269,4 кДж.
Энтальпия образования оксида железа (II)flHoFeO=-269,4 кДж. Согласно второй стадии - доокисления закиси железа до Ре2Оз протекает по уравнению:
2. 2 FeO крис. ^Уг €>2 газ = Fe2O3 крис. + 283,3 кДж
с тепловым эффектом 283,3 кДж. Сложим уравнения первой и второй стадий
2 Fe крис. + О2 газ = 2 FeO крис. + 2-269,4 кДж
2 FeO «рис. -+МО2газ = Ге2ОзКрИС. +283,3 кДж
2 Fe
крис. + 3/2 О2 газ = Fe2o3 крист. + 822,1 кДж.
Другими словами: тепловой эффект реакции равен алгебраической сумме тепловых эффектов отдельных стадий.
Q°p = 2-269,4 кДж + 283,3 кДж = 822,1 кДж, а энтальпия этой реакции равна АНореакции = - 822,1 кДж.
7
Заметим, что термохимические уравнения можно складывать и вычитать, как алгебраические уравнения.
При внимательном рассмотрении того, как получилось численное значение теплового эффекта реакции 822,1 кДж, можно заметить, что из суммы теплот образования продуктов реакции вычитались теплоты образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Для расчета тепловых эффектов реакций из закона Гесса вытекает простое следствие:
“Тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов уравнения".
Q_ у Q образ. _ уо образ.
реак. продуктов “ исходных веществ'
Аналогичное выражение существует и для энтальпии реакции: “Энтальпия реакции равна разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов уравнения ”.
AHp.„. = SahX„« ЬнК».»».-
Например, требуется определить тепловой эффект реакции горения метана. Запишем уравнение реакции:
СН4 газ + 2 Ог газ СОг газ + 2 Н2О жид. + Qp.
Из справочной литературы выписываем стандартные значения теплот образования (энтальпий образования) исходных веществ и продуктов
q образов. кДж/моль; Q°®?a30B’ =393,51 кДж/моль;
СНд газ ’ СО2 газ > г-з
Q °брД30В- = 285,84 кДж/моль.
Теплота образования кислорода равна нулю, как простого вещества.
Согласно следствию из закона Г.И. Гесса тепловой эффект реакции равен:
гх _ /гх образов, д. з л образов, \ /гх образов. , „ гл образов. \
Vp - (V со2 газ V 1^0жид/ “^СЩгаз О2 газ
Q°p = (393,51 + 2-285,84) - (74,85 + 2 0) = 890,34 кДж.
Таким образом, тепловой эффект реакции при стандартных условиях равен Q°p = 890,34 кДж при сгорании одного моля метана. Аналогичный
8
расчет можно провести, пользуясь не теплотами образования, а энтальпиями образования. Энтальпия реакции окажется равной:
ДН°р. = - 890,34 кДж.
1. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
1. Работу проводить только после допуска преподавателем к её выполнению.
2. Обязательно одеть халат. Быть осторожным при работе с кислотой и щелочью. Не проливайте растворы на кожу тела, рук и одежду. Используйте растворы только той концентрации, которые предназначены для выполнения работы, а именно: раствор серной кислоты - одномолярный, а раствор щелочи NaOH -двумолярный.
3. Запрещается производить работы на приборе - калориметре при снятых крышках.
4. Калориметр должен быть заземлён.
5. После окончания работы убрать рабочее место: сполоснуть мерные цилиндры, стаканы, бюретки дистиллированной водой. Все приборы и принадлежности поставить на определенные места.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Определение теплового эффекта реакции нейтрализации
Реакцией нейтрализации называется процесс взаимодействия кислоты и основания. В результате образуется соль и вода. Например, серную кислоту можно нейтрализовать едким натром согласно следующему термохимическому уравнению:
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 Н2О + Qp. раствор раствор раствор жид.
Эту же реакцию можно провести и в две стадии. По первой стадии вначале образуется кислый сульфат натрия NaHSO4 и вода, согласно уравнению
1. H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + Н2О + Qi раствор раствор раствор жид.
с тепловым эффектом Q-). А затем дальнейшая нейтрализация кислого сульфата натрия по второй стадии
2. NaHSO4 + NaOH = H2SO4 + Н2О + Q2 раствор раствор раствор жид.
с тепловым эффектом Q2. Согласно закону Г.И. Гесса тепловой эффект реакции нейтрализации Qp должен быть равен алгебраической сумме тепловых эффектов отдельных стадий
9
Qp = Qi + Q2.
В данной работе нужно экспериментально определить теплоты нейтрализации Qp, Qi, Q2 и сравнить с теплотой нейтрализации кислоты, рассчитанной из табличных данных, приведенных в приложении.
2.1. МЕТОДИКА РАБОТЫ
2.1.1. Нейтрализация кислоты в одну стадию
Реакция протекает в соответствии с уравнением
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 Н2ОЖид. + QP.
В качестве калориметра воспользуемся прибором (рис. 1.2).
В сухой реакционный стакан 3 (рис. 1.2) влить через воронку 100 мл одномолярного раствора серной кислоты, отмерив их с помощью мерного цилиндра или бюретки. Включить мешалку 8 выключателем 1, перемешать раствор и замерить температуру раствора кислоты с помощью термометра 4. Значение температуры tj внести в таблицу 1.1.
Рис. 1.2. Схема калориметра: 1 - включатель мешалки: 2 - термоизолируюший стакан; 3 - реакционный стакан; 4 - термометр; 5 - электродвигатель мешалки; 6 - штатив; 7 - воронка; 8 - мешалка; 9 - основание штатива
10
Приготовьте 100 мл двумолярного раствора едкого натра (NaOH 2М), отмерив с помощью мерного цилиндра, и затем вылейте его через воронку 7 в реакционный сосуд 3 к имеющемуся там раствору кислоты. При перемешивании растворов с помощью мешалки 8 следите за изменением температуры раствора реакционного стакана.
Зафиксировав максимальную температуру t2 после полной нейтрализации, записать её в таблицу 1.1. Внести в таблицу значение объёма полученного раствора по реакции полной нейтрализации v, плотности d, удельной теплоёмкости и значение теплового эффекта Qp, рассчитанного из известного соотношения:
Qp = m c (t2-ti), где m - масса всего раствора; с - удельная теплоемкость; At - разность температур (t2 - ti) после нейтрализации и до реакции.
Учитывая, что масса раствора равна:
m = v • d,
а также то, что тепловые эффекты рассчитываются на 1 моль вещества (а в опыте использовались лишь 1/10 моля, так как бралось 100 мл одномолярного раствора серной кислоты) и, выражая в кДж, получим:
Qp =v d • с • At • 10 • 0,001 = 0,01 v d с • At.
Таблица 1.1
Опытные данные реакции нейтрализации в одну стадию
Наименование опытных данных Обозначение Единицы измерения Численное значение
Объём раствора V мл
Плотность раствора d г/см3 1,071
Удельная теплоёмкость раствора С Дж/г «град 5,15
Начальная температура раствора tl °C
Максимальная температура р-ра t2 °C
Тепловой эффект QP кДж
2.1.2. Нейтрализация кислоты в две стадии
Для проведения реакции по первой стадии
H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + Н2О + Qj раствор раствор раствор жид.
через воронку 7 налейте в пустой реакционный стакан 100 мл одномолярного
И
раствора серной кислоты, отмеряя его мерным цилиндром или бюреткой.
Измерьте температуру t3 налитого раствора серной кислоты при перемешивании. Значение температуры t3 внести в таблицу 1.2. В мерный цилиндр для щелочи налить 50 мл двумолярного раствора NaOH.
Быстро (без потерь) прилейте 50 мл NaOH к раствору кислоты в реакционном стакане. Перемешайте раствор в стакане. Измерьте максимальную температуру t4 раствора после нейтрализации по первой стадии и запишите её значение в таблицу 1.2. Внесите в таблицу все экспериментальные данные.
Для проведения реакции по второй стадии
NaHSO4 + NaOH = H2SO4 + Н2О + Q2 раствор раствор раствор жид.
к полученному раствору кислого сульфата натрия NaHSO4 по первой стадии прилейте ещё 50 мл щёлочи NaOH, предварительно приготовленной в мерном цилиндре. Перемешайте с помощью мешалки, зафиксировав самую высокую температуру раствора t5. Значение температуры внесите в таблицу 1.2. Запишите в таблицу 1.2 разность температур At2 = (t5 - t4), объём раствора С2 после второй стадии нейтрализации, удельную теплоёмкость С2 и плотность d2 полученного раствора Na2SO4.
Таблица 1.2
Опытные данные реакции нейтрализации в две стадии
Наименование опытных данных Стадии
1 2
Объём раствора после нейтрализации, мл Vi = v2 =
Плотность раствора после нейтрализации, r/cMJ d,= 1,067 d2= 1,071
Удельная теплоёмкость, Дж/г • град С,= 5,02 C2= 6,28
Разность температур, иС At] = (t4 - t3) At2 = (ts - t4)
Тепловой эффект, кДж Q1=0,01v1 di-Cj-At, Q2 =0,01V2‘d2'C2'At2
Расчеты тепловых эффектов отдельных стадий реакции проводить по известным уравнениям:
Qi = 0,01 • vj di • Cj Atj, Q2 = 0,01 • v2 • d2 • C2 • At2.
Вычислите алгебраическую сумму тепловых эффектов отдельных стадий Qi+Q2. Сравните её значение с опытным значением Qp, полученным при проведении реакции нейтрализации в одну стадию. Какова ошибка? Рассчитайте значение теплового эффекта реакции нейтрализации, используя
12
табличные данные теплот образования, по правилу, вытекающему из закона Г.И. Гесса
Q реак. SQ продукты ” исходные вещества ,
Q реак. (Q pjg^SO^ раствор ^Н^Ожндк.^ (Q H2SO4 раствор Q NaOH раствор
Сравните полученное значение с экспериментальным. Какие ошибки были допущены при опытном определении теплового эффекта реакции? Покажите отчет преподавателю, уберите рабочее место.
3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что принято называть “системой” в термодинамике и какие типы систем могут быть?
2. Что понимается под внутренней энергией?
3. От каких факторов зависит внутренняя энергия?
4. Чему равен тепловой эффект реакции при постоянном объёме?
5. Чему равен тепловой эффект реакции при постоянном давлении?
6. Каковы особенности термохимических уравнений?
7. Какие условия считаются стандартными?
8. Что понимается под теплотой образования вещества, энтальпией образования вещества?
9. Как читаются законы термохимии: Лавуазье-Лапласа, Г.И. Гесса?
10. Какое следствие вытекает из закона Г.И. Гесса для расчетов тепловых эффектов реакций по известным теплотам образования участников реакции?
11. Рассчитайте стандартную теплоту образования газообразного сернистого ангидрида SO2 из реакции
2 SO2 газ + Ог газ 4- 2Н2ОЖИД — 2 H2SO4 раствор, если тепловой эффект реакции составляет -342,4 кДж.
Приложение
Таблица П1
Энтальпия образования некоторых веществ
Вещество Энтальпия образования, кДж/моль
Na2SO4 раствор -1403,36
H2SO4 раствор -904,50
NaOH раствор -470,12
K2SO4 раствор -1405,38
KOH раствор -482,69
NaCl раствор -406,54
HzQkwl -285,84
13
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зайцев О.С. Химическая термодинамика к курсу общей химии.- М.: МГУ, 1973.-С. 8- 102.
2. Семёнов И.Н., Богданов Р.В. Энергия и химический процесс.-М.: Химия, 1973.-С. 3-17.
3. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. - М.: Химия, 1975. -С.11-101.
4. Письменко В.Т. Элементы химической термодинамики и кинетики: Учебное пособие для студентов начальных курсов нехимических специальностей.-Ульяновск: УлГТУ, 1996. -с. 132.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АЛЮМИНИЯ СО ЩЁЛОЧЬЮ
Цель работы: экспериментально определить скорость реакции взаимодействия алюминия со щелочью, установить её зависимость от концентрации. Для этого необходимо усвоить основные понятия и определения, приобрести навыки проведения работы и расчетов.
Одной из основных задач химии является установление зависимости между строением, свойствами веществ и их реакционной способностью; выяснение, от каких факторов и как зависит скорость реакции.
Химическая кинетика изучает закономерности протекания химических процессов во времени и их механизм.
Химические реакции, как правило, не происходят путём непосредственного взаимодействия исходных частиц (молекул, атомов, ионов) с прямым переходом их в молекулы продуктов реакции. Реакции чаще всего протекают через стадии образования промежуточных частиц, их взаимодействия между собой, с исходными частицами и только в конечной стадии образуются продукты реакции.
Совокупность стадий, из которых складывается химическая реакция, носит название механизма реакции.
Химическая реакция, протекающая в пределах одной фазы, называется гомогенной.
Химическая реакция, протекающая на границе раздела фаз, называется гетерогенной.
14
Фаза представляет собой часть системы, отделённой от других её частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачком.
Примером однофазной (гомогенной) системы может служить любая газовая смесь, так как во всех участках данной системы параметры её состояния (плотность, температура, состав и т.д.) одинаковы. Или, например, раствор нескольких веществ в одном растворителе - хлорида натрия, нитрата никеля, азота в воде. В таких системах реакции протекают во всем объёме системы одновременно.
Примером гетерогенной системы может служить уголь с воздухом. Реакция, протекающая в такой системе (горение угля), является гетерогенной, она протекает на границе фаз.
Скоростью химической реакции называют число элементарных актов реакции, происходящих в единицу времени в единице объёма или на единице поверхности. Или другими словами: скоростью химической реакции называют изменение концентрации любого вещества (исходного или продукта), принимающего участие в реакции за единицу времени.
Скорость реакции изменяется со временем из-за различных факторов (меняющихся концентраций веществ, температуры и т.д.). Поэтому различают среднюю и истинную скорости реакции.
Средней скоростью реакции называют изменение концентрации реагирующего вещества за конечный интервал времени, в течение которого это изменение происходит
С, - С. АС
v = —=-----L .
СР* t2 - tj At ’
гДе vcP. - средняя скорость реакции; С2 и С - концентрации какого-либо вещества, участвующего в реакции, в начальный и конечный момент времени соответственно; t2 и ti - моменты времени начального и конечного состояния; АС — изменение концентрации; At — промежуток времени, в течение которого произошло изменение концентрации.
Истинной скоростью реакции v в данный момент времени принято называть изменение концентрации реагирующего вещества, отнесённое к бесконечно малому промежутку времени
АС dC v - Um ~ - ~ At->o At dt
Размерность скорости выражается в единицах концентрации (число молекул в 1cmj или в 1 литре; число молей в литре и т.д.), отнесённых к единице времени (секунда, минута, час и т.д.).
15
Скорость реакции зависит от ряда факторов: природы исходных веществ и продуктов реакции, концентрации, температуры, присутствия катализатора.
Взаимодействие, превращение частиц происходит при их непосредственном контакте, столкновении. Чем больше таких столкновений, тем больше и скорость реакции. Число же столкновений тем больше, чем больше частиц в единице объёма, т.е. чем больше концентрация. Поэтому “скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ”. Например, для реакции типа
mA + п В = Ат В„
скорость реакции v пропорциональна концентрациям реагирующих веществ А и В
v = к • [А]• [В]", где [А] и [В] - концентрация реагирующих веществ А и В соответственно; к -коэффициент пропорциональности; тип- стехиометрические коэффициенты уравнения реакции. Приведенное выражение является аналитическим отображением закона действующих масс. Закон применим к реакциям, протекающим в одну стадию. Например, для гомогенной газовой реакции
2 NO + Н2 = N2O + Н2О скорость реакции vi пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ
V1 = кг [NO]2 [Н2].
А для гетерогенной реакции
^графит + О2 газ СО2 газ выражение закона действующих масс запишется в виде следующего выражения
v2 = к2 [О1].
Как видно, в этом случае гетерогенной реакции скорость зависит только от концентрации кислорода и не зависит от концентрации угля, потому что скорость реакции относят к единице поверхности (1 см2) угля.
Коэффициент пропорциональности “к” в выражении закона действующих масс называют константой скорости. Физический смысл её ясен, если принять концентрации реагирующих веществ равными единице
v =к[А]т- [В]"= к 1т 1" = к.
Константа скорости реакции “к” зависит от температуры и строго индивидуальна для каждой реакции (зависит от природы веществ).
Не любое столкновение частиц ведет к химическому превращению. Столкновения будут эффективны при условии, что сталкивающиеся частицы обладают некоторым определённым запасом энергии, необходимым для разрыва старых связей в частицах и образования новых. Химическое взаимо
16
действие наиболее вероятно при столкновении частиц, имеющих большой запас энергии. Минимальная энергия частиц, необходимая для взаимодействия (превращения) при столкновении их, называется энергией активации. С повышением температуры увеличивается энергия частиц и возрастает скорость реакции. Константа скорости реакции связана с энергией активации Еак. и температурой Т следующим соотношением
К = К e-EaK /RT ,
где К - константа; е - основание натурального логарифма; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура.
Прологарифмировав это выражение, получим
1пк = In К- Еак./ RT.
В таком виде эта зависимость была предложена С. Аррениусом. Для приближённых вычислений можно пользоваться правилом Вант-Гоффа: повышение температуры на каждые 10° приводит к увеличению скорости реакции в 2-4 раза, что выражается следующей формулой
Vt2 = Vti-y ,
где vtl _ скорость реакции при температуре vt2 - скорость реакции при температуре t2; у — температурный коэффициент реакции.
Пример. Скорость реакции при температуре 20° равна 2 моль/с. Во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить температуру до 80°? Температурный коэффициент реакции равен 3.
Решение.
80-20
vg0„ = v?0„ - у 10 = 2З1 * * * * 6 = 1458 моль/с.
Следовательно, скорость реакции увеличится примерно в 729 раз.
1. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Перед выполнением работы необходимо обязательно ознакомиться с данными методическими указаниями. Строго придерживаться условий выпол-
нения эксперимента согласно описанию и правилам техники безопасности.
При выполнении опыта обратите особое внимание на правила работы с растворами щелочей. Используйте щелочь только той концентрации, какая указа-
на преподавателем! Наливайте её в вытяжном шкафу с помощью мерного
цилиндра или бюретки.
17
Пробирка со щелочью в установке должна быть плотно и надёжно закреплена, чтобы она не смогла самопроизвольно упасть! Кроме того, необходимо следить за тем, чтобы резиновый шланг, соединяющий пробирку и бюретку, не переламывался, т.к. в этом случае в пробирке может создаться избыточное давление за счет выделения водорода и пробирка отсоединится от пробки и упадёт, разбившись. Аналогичные результаты могут быть, если окажется, что пережат резиновый шланг, соединяющий бюретку с воронкой.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Существо работы
Взаимодействие алюминия со щёлочью происходит с образованием гидроксокомплекса алюминия и водорода согласно уравнению
2 А1 + 6 Н2О + 2 NaOH = 2 Na[Al(OH)4] + 3 Н2.
О скорости данной реакции можно судить или по исходным веществам (изменение массы алюминия или концентрации щёлочи, или концентрации воды), или по продуктам реакции (по изменению концентрации гидроксокомплекса Na[Al(OH)4] или по количеству выделившегося водорода). Следовательно, скорость реакции можно описать пятью равноценными выражениями.
Поскольку вещества реагируют в эквивалентных количествах, всегда можно пересчитать скорость реакции по одному компоненту на скорость реакции по другому компоненту.
В данной работе скорость реакции экспериментально определяется по количеству водорода, выделившегося за единицу времени с единицы поверхности раздела фаз:
н2 н2 . н2
т7 т । Ат 2
vH =------------=-------,
2 t2 - tj At
H? Нз
где Ш| ,т2 " масса водорода в момент времени ti и t2 соответственно.
Количество водорода удобно измерить по изменению объёма системы на установке, схема которой представлена на рис. 2.1. Установка состоит из пробирки 1, соединённой резиновым шлангом с бюреткой 2, которая в свою очередь соединена резиновым шлангом 4 с воронкой 5, выполняющей функции уравнительного сосуда. Все части установки закреплены на штативе 3. Пробирка 1 и бюретка 2 соединены резиновым шлангом через плотно подогнанные резиновые пробки. В бюретке 2 и уравнительной воронке 5 находится вода. В пробирке 1 происходит реакция между щёлочью и алюминием. Выделившийся водород можно измерить с помощью бюретки при условии одинаковости уровней воды в бюретке 2 и уравнительном сосуде 5.
18
1 - пробирка; 2- бюретка; 3- штатив; 4 - резиновый шланг; 5 - воронка
2.2. Порядок работы
При выполнении работы строго придерживайтесь следующего порядка:
1. Получите у преподавателя задание: с какой концентрацией щёлочи проводить опыт. У лаборанта возьмите образец алюминия. Определите с помощью штангенциркуля или микрометра его размеры и рассчитайте поверхность образца, записав данные в отчет по лабораторной работе. Например, Очаон = 7н, длина I = 20 мм, диаметр d = 4,0 мм, площадь цилиндрического образца
S = 2 тгг-^ + 2 тг-г2= 2,14 см2 .
2. Определите условия, при которых будет протекать опыт. Для чего снимите показания термометра и барометра. Данные также запишите в отчет (например, Т = 293 К, Р = 104 103 Па).
3. Налейте в реакционную пробирку 1- 4 мл щёлочи NaOH заданной концентрации, отмерив их с помощью мерного цилиндра или бюретки.
4. Сверните фунтик (кулёк) из фильтровальной бумаги так, чтобы его наибольший диаметр был значительно меньше внутреннего диаметра пробирки. Поместите в фунтик образец алюминия, не закрывая фунтик (образец предварительно обезжирить в ацетоне или спирте). Смочив каплей воды
19
фильтровальную бумагу фунтика, поместите его в пробирку 1 со щёлочью. Эту операцию нужно проделать таким образом, чтобы фунтик прилип смоченной фильтрованной бумагой к внутренней поверхности пробирки и находился выше уровня щёлочи, примерно на 1 см (перемещать его вглубь пробирки стеклянной палочкой по стенке пробирки.)
5. Подсоедините пробирку 1 через резиновую пробку к бюретке 2. Пробка должна быть плотно и надёжно вставлена в пробирку.
6. Проверьте герметичность всей установки. Для чего поднимите воронку 5 на 10 -15 см. Если уровень воды в бюретке не меняется во времени, то установка герметична. В противном случае нужно проверить надёжность всех соединений, плотнее закрыть пробками бюретку 2 и пробирку 1.
7. Установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V2 с точностью до 0.1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3).
8. Приведите в контакт образец алюминия и щёлочи, одновременно включите секундомер. Для этого необходимо наклонить пробирку 1 так, чтобы щёлочь попала внутрь фунтика, и фунтик опустился в раствор щёлочи. В момент контакта образца со щёлочью включить секундомер. Через пять минут после начала опыта замерьте объём выделившегося водорода. Для чего установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V2 с точностью до 0,1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3). Разница между уровнем воды до начала опыта и через 5 минут V2 - V) будет объёмом выделившегося водорода. Результат внести в таблицу 2. 1 (кол. 4).
9. Через 10 минут после начала опыта вновь замерьте объём выделившегося водорода, как описано в пункте 8. Результат внести в таблицу 2.1. В дальнейшем продолжайте производить замеры объёма выделившегося водорода через каждые 5 минут в течение, примерно, 40 - 50 мин.
2.3. РАСЧЁТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Полученный результат объёма выделившегося водорода (колонка 4 таблицы 2. 1) при условиях опыта (Т = 293 К и Р = 104-10° Па) необходимо пересчитать на нормальные условия: То = 273 К и Ро = 760 мм рт. ст., чтобы можно было сравнить с другими опытами, проведёнными при других условиях. Пересчёт нужно вести по известному уравнению
P0V0/T0=PV/T,
где Po,Vo,To - давление, объём и температура газа соответственно при нормальных условиях; Р, V, Т - давление, объём и температура газа при условиях опыта.
20
фильтровальную бумагу фунтика, поместите его в пробирку 1 со щёлочью. Эту операцию нужно проделать таким образом, чтобы фунтик прилип смоченной фильтрованной бумагой к внутренней поверхности пробирки и находился выше уровня щёлочи, примерно на 1 см (перемещать его вглубь пробирки стеклянной палочкой по стенке пробирки.)
5. Подсоедините пробирку 1 через резиновую пробку к бюретке 2. Пробка должна быть плотно и надёжно вставлена в пробирку.
6. Проверьте герметичность всей установки. Для чего поднимите воронку 5 на 10 -15 см. Если уровень воды в бюретке не меняется во времени, то установка герметична. В противном случае нужно проверить надёжность всех соединений, плотнее закрыть пробками бюретку 2 и пробирку 1.
7. Установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V) с точностью до 0.1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3).
8. Приведите в контакт образец алюминия и щёлочи, одновременно включите секундомер. Для этого необходимо наклонить пробирку 1 так, чтобы щёлочь попала внутрь фунтика, и фунтик опустился в раствор щёлочи. В момент контакта образца со щёлочью включить секундомер. Через пять минут после начала опыта замерьте объём выделившегося водорода. Для чего установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V2 с точностью до 0,1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3). Разница между уровнем воды до начала опыта и через 5 минут V2 - V) будет объёмом выделившегося водорода. Результат внести в таблицу 2. 1 (кол. 4).
9. Через 10 минут после начала опыта вновь замерьте объём выделившегося водорода, как описано в пункте 8. Результат внести в таблицу 2.1. В дальнейшем продолжайте производить замеры объёма выделившегося водорода через каждые 5 минут в течение, примерно, 40 - 50 мин.
2.3. РАСЧЁТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Полученный результат объёма выделившегося водорода (колонка 4 таблицы 2. 1) при условиях опыта (Т = 293 К и Р = 104-10° Па) необходимо пересчитать на нормальные условия: То = 273 К и Ро = 760 мм рт. ст., чтобы можно было сравнить с другими опытами, проведёнными при других условиях. Пересчёт нужно вести по известному уравнению
P0V0/T0=PV/T,
где Po,Vo,To • давление, объём и температура газа соответственно при нормальных условиях; Р, V, Т - давление, объём и температура газа при условиях опыта.
20
фильтровальную бумагу фунтика, поместите его в пробирку 1 со щёлочью. Эту операцию нужно проделать таким образом, чтобы фунтик прилип смоченной фильтрованной бумагой к внутренней поверхности пробирки и находился выше уровня щёлочи, примерно на 1 см (перемещать его вглубь пробирки стеклянной палочкой по стенке пробирки.)
5. Подсоедините пробирку 1 через резиновую пробку к бюретке 2. Пробка должна быть плотно и надёжно вставлена в пробирку.
6. Проверьте герметичность всей установки. Для чего поднимите воронку 5 на 10 -15 см. Если уровень воды в бюретке не меняется во времени, то установка герметична. В противном случае нужно проверить надёжность всех соединений, плотнее закрыть пробками бюретку 2 и пробирку 1.
7. Установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V) с точностью до 0.1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3).
8. Приведите в контакт образец алюминия и щёлочи, одновременно включите секундомер. Для этого необходимо наклонить пробирку 1 так, чтобы щёлочь попала внутрь фунтика, и фунтик опустился в раствор щёлочи. В момент контакта образца со щёлочью включить секундомер. Через пять минут после начала опыта замерьте объём выделившегося водорода. Для чего установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V2 с точностью до 0,1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3). Разница между уровнем воды до начала опыта и через 5 минут V2 - V) будет объёмом выделившегося водорода. Результат внести в таблицу 2. 1 (кол. 4).
9. Через 10 минут после начала опыта вновь замерьте объём выделившегося водорода, как описано в пункте 8. Результат внести в таблицу 2.1. В дальнейшем продолжайте производить замеры объёма выделившегося водорода через каждые 5 минут в течение, примерно, 40 - 50 мин.
2.3. РАСЧЁТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Полученный результат объёма выделившегося водорода (колонка 4 таблицы 2. 1) при условиях опыта (Т = 293 К и Р = 104-10° Па) необходимо пересчитать на нормальные условия: То = 273 К и Ро = 760 мм рт. ст., чтобы можно было сравнить с другими опытами, проведёнными при других условиях. Пересчёт нужно вести по известному уравнению
P0V0/T0=PV/T,
где Po,Vo,To • давление, объём и температура газа соответственно при нормальных условиях; Р, V, Т - давление, объём и температура газа при условиях опыта.
20
фильтровальную бумагу фунтика, поместите его в пробирку 1 со щёлочью. Эту операцию нужно проделать таким образом, чтобы фунтик прилип смоченной фильтрованной бумагой к внутренней поверхности пробирки и находился выше уровня щёлочи, примерно на 1 см (перемещать его вглубь пробирки стеклянной палочкой по стенке пробирки.)
5. Подсоедините пробирку 1 через резиновую пробку к бюретке 2. Пробка должна быть плотно и надёжно вставлена в пробирку.
6. Проверьте герметичность всей установки. Для чего поднимите воронку 5 на 10 -15 см. Если уровень воды в бюретке не меняется во времени, то установка герметична. В противном случае нужно проверить надёжность всех соединений, плотнее закрыть пробками бюретку 2 и пробирку 1.
7. Установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V) с точностью до 0.1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3).
8. Приведите в контакт образец алюминия и щёлочи, одновременно включите секундомер. Для этого необходимо наклонить пробирку 1 так, чтобы щёлочь попала внутрь фунтика, и фунтик опустился в раствор щёлочи. В момент контакта образца со щёлочью включить секундомер. Через пять минут после начала опыта замерьте объём выделившегося водорода. Для чего установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V2 с точностью до 0,1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3). Разница между уровнем воды до начала опыта и через 5 минут V2 - V) будет объёмом выделившегося водорода. Результат внести в таблицу 2. 1 (кол. 4).
9. Через 10 минут после начала опыта вновь замерьте объём выделившегося водорода, как описано в пункте 8. Результат внести в таблицу 2.1. В дальнейшем продолжайте производить замеры объёма выделившегося водорода через каждые 5 минут в течение, примерно, 40 - 50 мин.
2.3. РАСЧЁТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Полученный результат объёма выделившегося водорода (колонка 4 таблицы 2. 1) при условиях опыта (Т = 293 К и Р = 104-10° Па) необходимо пересчитать на нормальные условия: То = 273 К и Ро = 760 мм рт. ст., чтобы можно было сравнить с другими опытами, проведёнными при других условиях. Пересчёт нужно вести по известному уравнению
P0V0/T0=PV/T,
где Po,Vo,To • давление, объём и температура газа соответственно при нормальных условиях; Р, V, Т - давление, объём и температура газа при условиях опыта.
20
фильтровальную бумагу фунтика, поместите его в пробирку 1 со щёлочью. Эту операцию нужно проделать таким образом, чтобы фунтик прилип смоченной фильтрованной бумагой к внутренней поверхности пробирки и находился выше уровня щёлочи, примерно на 1 см (перемещать его вглубь пробирки стеклянной палочкой по стенке пробирки.)
5. Подсоедините пробирку 1 через резиновую пробку к бюретке 2. Пробка должна быть плотно и надёжно вставлена в пробирку.
6. Проверьте герметичность всей установки. Для чего поднимите воронку 5 на 10 -15 см. Если уровень воды в бюретке не меняется во времени, то установка герметична. В противном случае нужно проверить надёжность всех соединений, плотнее закрыть пробками бюретку 2 и пробирку 1.
7. Установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V) с точностью до 0.1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3).
8. Приведите в контакт образец алюминия и щёлочи, одновременно включите секундомер. Для этого необходимо наклонить пробирку 1 так, чтобы щёлочь попала внутрь фунтика, и фунтик опустился в раствор щёлочи. В момент контакта образца со щёлочью включить секундомер. Через пять минут после начала опыта замерьте объём выделившегося водорода. Для чего установите одинаковые уровни воды в бюретке 2 и воронке 5. Значение уровня воды в бюретке V2 с точностью до 0,1 мл записать в таблицу 2. 1 (колонка 3). Разница между уровнем воды до начала опыта и через 5 минут V2 - V) будет объёмом выделившегося водорода. Результат внести в таблицу 2. 1 (кол. 4).
9. Через 10 минут после начала опыта вновь замерьте объём выделившегося водорода, как описано в пункте 8. Результат внести в таблицу 2.1. В дальнейшем продолжайте производить замеры объёма выделившегося водорода через каждые 5 минут в течение, примерно, 40 - 50 мин.
2.3. РАСЧЁТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Полученный результат объёма выделившегося водорода (колонка 4 таблицы 2. 1) при условиях опыта (Т = 293 К и Р = 104-10° Па) необходимо пересчитать на нормальные условия: То = 273 К и Ро = 760 мм рт. ст., чтобы можно было сравнить с другими опытами, проведёнными при других условиях. Пересчёт нужно вести по известному уравнению
P0V0/T0=PV/T,
где Po,Vo,To • давление, объём и температура газа соответственно при нормальных условиях; Р, V, Т - давление, объём и температура газа при условиях опыта.
20
ЭДС - Е - <Pcu/CuSO4 - 'Pzn/ZnSO., I
где: <Pcu/CuSo4' скачок потенциалов на границе медный электрод - электролит CuSO4,
<Pzn/znSo4' скачок потенциалов на границе цинковый электрод - электролит Zn/ZnSO4.
Измеренную эдс Е можно отнести к электродному потенциалу цинкового электрода, если потенциал медного электрода условно принять за нуль, и наоборот. Но условились, что в качестве электрода, равновесный потенциал которого условно равен нулю, считать, так называемый, стандартный водородный электрод. Стандартный по тому, что электрод находиться при стандартных, заранее обусловленных условиях: температура 25 °C или 298 °К, активная концентрации ионов водорода а=1 моль/л и давление водорода 1атм.
Тогда потенциалом медного электрода <Pcu/CuSO4 называют эдс гальванического элемента, схематически представленного так:
(Pt)H2|H2SO4|| CuSOJCu,
Ряг = 1 атм.; ан+ = 1 моль/л а потенциалом цинкового электрода <Pzn/znso4 - ЭДС элемента Zn | ZnSO41 H+2SO41 H2 (Pt). ая+ = 1 моль/л; Рн2 = 1 атм.
Рис 3.1. Схема элемента Даниэля-Якоби
Таким образом, электродным потенциалом любого исследуемого электрода, опушенного в раствор, содержащий его ионы, принято считать электродвижущую силу элемента, составленного из исследуемого электрода и водородного электрода, находящегося в стандартных условиях.
Для того чтобы можно было сравнить измеряемые потенциалы для различных электродов, необходимо, чтобы они все находились в определённых, стандартных условиях при измерении. Такими условиями являются стандартные, а именно: активность ионов равна а = 1моль/л, давление Р = = 1 атм. (для газовых электродов), температура t = 25 <€.
В соответствии с этим, стандартным электродным потенциалом называют потенциал любого электрода, (опущенного в раствор собственных
25
ионов), находящегося при стандартных условиях, и измеренный относительно стандартного водородного электрода.
Или это же определение можно дать так: стандартным электродным потенциалом любого электрода, опущенного в раствор, содержащий его ионы, принято называть эдс элемента, составленного из исследуемого электрода при стандартных условиях и стандартного водородного электрода.
В таблице ПЗ приложения приведены значения стандартных потенциалов некоторых электродных систем. Поскольку в качестве нулевого был произвольно избран стандартный водородный электрод, потенциал которого фактически не равен нулю, то понятно, что в этой условной водородной шкале знаки стандартных электродных потенциалов могут быть как положительными, так и отрицательными. Знак “+” или показывает лишь то, что потенциал данного электрода более положительный или более отрицательный по сравнению с потенциалом стандартного водородного электрода и не имеет связи со знаком заряда электрода относительно раствора его ионов. Потенциал электрода зависит не только от его природы, но и от температуры и активности его ионов в растворе, что определяется уравнением В. Нернста
о R т ,
<р = <р -I----In а ,
z-F
где ф - электродный потенциал, ф° - стандартный электродный потенциал, R -газовая постоянная, Т - абсолютная температура, z - валентность иона, F -постоянная Фарадея, а - активность ионов.
Для разбавленных растворов (с концентрацией менее 0,01 моль/л), вместо активности без большой ошибки можно использовать значения концентраций с (моль/л). Если активная концентрация а — 1 моль/л, то электродный потенциал равняется стандартному электродному потенциалу ф = ф°. При обычных условиях (температура 25 °C), подставляя численные значения R, F и переводя натуральный логарифм в десятичный, получим:
о 0,0591,
<р = <р -I----1g а .
z
Эта формула является рабочей при расчёте электродных потенциалов при стандартных условиях.
2. ЭЛЕКТРОДЫ ПЕРВОГО И ВТОРОГО РОДА
Электроды подразделяются на электроды первого и второго рода. Электроды первого рода это металлические или газовые электроды, погруженные в раствор своих ионов и обратимые по отношению к этим ионам (катиону или аниону). Примером электрода первого рода может служить любая металлическая пластинка, погруженная в раствор соли того же металла. Схематически
26
электрохимическую систему электрода можно представить для цинкового электрода, например, так: Zn | ZnSO4. Здесь символ Zn обозначает материал электрода, вертикальная черта границу фаз между цинковым электродом и раствором, содержащим ионы Zn2+ (обратимые по отношению к материалу электрода). К электродам первого рода относятся также и газовые электроды, например, водородный
(Pt) Н2|Н+.
Здесь символ водорода Н2 также указывает на природу электрода (водородный), вертикальная черта - границу раздела фаз между водородом и раствором, содержащим ионы водорода Н+. В полукруглых скобках указывается материал инертного электрода-посредника. Схема водородного электрода представлена на рис. 3.2 а.
Такой электрод состоит из платиновой пластины (1), контактирующей с газообразным Н2, находящимся под давлением 101 кПа, и раствором кислоты (2), в котором активность ионов водорода (ая+) равна 1моль/л. Так как для протекания электродной реакции необходим подвод и отвод е, то газовые электроды содержат проводники первого рода, которые непосредственно в реакции не участвуют и в ходе реакции не изменяются. Обычно в качестве проводников первого рода используются инертные металлы (Pt, Au, Ir) или неметаллы с электронной проводимостью, например, графит.
При контакте платины с молекулярным водородом происходит адсорбция его на поверхность платины. Адсорбированный водород взаимодействует с молекулами воды и переходит в раствор в виде ионов Н+, оставляя на платине электроны е . При этом платина заряжается отрицательно а раствор -положительно “+”. Возникает двойной электрический слой и скачок потенциала в нём. Наряду с переходом ионов водорода в раствор идёт обратный процесс - образование молекул водорода Н2 из ионов водорода раствора и электронов платины. Равновесие на водородном электроде можно представить в виде:
Н2 газ < 2 Над. < 2 Н раствор + 2 С.
Абсолютное значение потенциала водородного электрода неизвестно.
Электроды второго рода - обратимы относительно и катиона, и аниона. Как правило, это металлический электрод, покрытый осадком труднорастворимого соединения этого металла и погруженный в раствор хорошо растворимого электролита с одноимённым анионом. Примерами могут служить хлорсеребряный электрод Ag, AgCl|KCl; каломельный (название дано по соединению Hg2Cl2 - каломель) Hg , Hg2CI2| КС1 и ряд других.
Электродное равновесие для каломельного электрода запишется так:
Hg2Cl2 + 2 ё 2Hg + 2CI .
27
Из него видно, что анионы не принимают участия в окислительно-восстановительном процессе. Однако в растворе труднорастворимой соли концентрация катионов зависит от концентрации анионов. Поэтому потенциал этого электрода также зависит от концентрации анионов хлора, которая задаётся концентрацией КО.
Каломельный и хлорсеребряный электроды применяют широко в качестве электродов сравнения для определения потенциалов других электродов. Из-за отличной воспроизводимости, простоты изготовления, дешевизны чаще
пользуются каломельным электродом.
Схема одной из его конструкций представлена на рис. 3.2 б. Каломельный электрод представляет собой стеклянный сосуд с отростком (для заполнения раствором КС1) и микроотверстием 6, расположенным в нижней части со-
а 6
Рис. 3.2. Электроды сравнения:
а - водородный-. 1- платиновая пластинка, 2 - раствор кислоты, 3 - стеклянный сосуд, 4 - затвор, 5 - платиновый вывод; б - каломельный: 1 - стеклянный сосуд, 2 - раствор KCI, 3 - внутренний стеклянный вкладыш, 4 - ртуть, 5 - каломель, 6 - микроотверстие, 7 - платиновая проволока, 8 - медная проволока, 9 - контактный провод
суда (электролитический ключ). Внутри сосуда помещается каломельный вкладыш, имеющий в верхней части контактный колпачок 9 и содержащий ртуть, каломель и платиновый контакт. Потенциал каломельного электрода по отношению к стандартному водородному электроду при 25 °C в насыщенном растворе КО равен
<Р кал. = 0,2415 - 0,00076(t - 25), В.
28
3. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Гальваническим элементом называется прибор, в котором энергия химической реакции преобразуется в электрическую. Он состоит из двух электродов, погруженных в раствор электролитов (рис. 3.1). Между растворами электрический контакт устанавливают с помощью пористой перегородки или электролитического мостика - сифонной (U - образной) трубки, наполненной насыщенным раствором КС1. Пористая перегородка обеспечивает электропроводность между растворами и предохраняет растворы от смешивания. Если соединить электроды внешним проводником, то на электродах нарушается равновесие за счёт того, что электроны с более электроотрицательного электрода будут перетекать на более положительный электрод. При этом на одном из них (отрицательном) разовьётся реакция окисления, а на другом (более положительном) - реакция восстановления.
Например, в элементе Якоби-Даниэля, электрохимическая схема которого записывается так:
Zn | Z11SO4 HC11SO41 Си’,
на цинковом электроде осуществляется равновесие:
Уокиелен. 2+ Zn - 2ё < > Zn , Увосстан.
а на медном: Уокисден. 2+
Си - 2ё-,*-— Си
УвЪсстан.
при разомкнутой внешней цепи.
При замыкании внешней цепи через нагрузку (сопротивление) с более отрицательного электрода Zn | Zn2+ электроны будут переходить на положительный электрод Си | Си2+, что сдвинет равновесие на цинковом электроде в сторону реакции окисления
Zn - 2ё -> Zn2+
(система будет стремиться в равновесное состояние, восполняя потерю электронов растворением Zn2+), а на медном — в сторону реакции восстановления:
Си2+ + 2ё > Си,
(система Си | Си2+ также стремится вернуться в равновесное состояние, нейтрализуя избыточный отрицательный заряд).
Примечание. Согласно международному соглашению принято, что схема гальванической цепи записывается в одном и том же порядке: слева - отрицательный электрод (анод), на котором протекает окислительный процесс, затем электролит, в раствор которого погружен электрод; для правого электрода соблюдается последовательность: электролит - электрод (катод), на котором протекает процесс восстановления.
29
Суммарная реакция гальванического элемента запишется в виде уравнения:
Zn + Cu2+ Zn2+ + Си или в молекулярной форме:
Zn + CuSO4 < > ZnSO4 + Си .
В гальванических элементах процессы окисления и восстановления пространственно разъединены.
Основной характеристикой гальванического элемента является электродвижущая сила Е, которая равна разности потенциалов электродов (из более положительного потенциала вычитать менее положительный)
Е - <р2 - <Р1,
где: <р2 - потенциал более положительного электрода (правого), а ф1 — потенциал более отрицательного электрода (левого).
4. КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Различают гальванические элементы химические, у которых эдс возникает вследствие различной химической природы электродов, и концентрационные, у которых эдс возникает вследствие различия активностей электродных растворов или самих веществ электродов.
Примером химического гальванического элемента может служить элемент Якоби-Даниэля:
Zn | ZnSO41| CuSO4|Cu.
А вот, например, электрохимические схемы концентрационных элементов:
1) Zn | ZnSO41| ZnSO4 | Zn, rt; «2
2) (Pt) H21 HCI | H2 (Pt),
P> P2
у которых активные концентрации и а2 , и давления Р, и Р2 неодинаковы, т.е. * Л2 и Pj Ф Р2 .
ЭДС концентрационных элементов зависит от соотношения активностей!
5. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ИОНОМЕРА ЭВ-74
Измерить эдс гальванического элемента с помощью обычного вольтметра нельзя, т.к. показания вольтметра - это падение напряжения на сопротивлении вольтметра.
30
Для точного измерения эдс обыкновенно пользуются компенсационным методом. Сущность метода в том, что неизвестная эдс гальванического элемента Ех компенсируется известной эдс от какого-либо другого источника тока.
Работа прибора иономера основана на преобразовании эдс электродной системы в постоянный ток, пропорциональный измеряемой величине. Преобразование эдс электродной системы в постоянный ток осуществляется высокоомным преобразователем автокомпенсационного типа. Электродвижущая сила Ех измеряемой электродной системы (рис. 3.3) сравнивается с падением напряжения на сопротивлении R, через которое протекает ток 1ВЫХ. усилителя.
Падение напряжения UBbIX на сопротивлении R противоположно по знаку электродвижущей силе Ех и на вход усилителя подается напряжение
UBX - Ex - UBblx — Ех - 1Вых R •
При достаточно большом коэффициенте усиления, напряжение
UBb,x мало отличается от эдс измеряемой электродной системы Ех, а благодаря этому ток, протекающий через сопротивление R, пропорционален эдс электродной системы.
Иономер ЭВ-74 состоит из преобразователя и подставки, предназначенной для крепления электродов и установки сосудов с растворами. Общий вид преобразователя и элементы его конструкции показаны на рисунках 3.4 и 3.5.
На шкале показывающего прибора имеются следующие оцифровки: “-1 -19” для изме
Рис. 3.3. Элементарная схема иономера ЭВ-74: 1 - измеряемый электрод; 2 - электрод сравнения (вспомогательный); 3 - электролит: 4 - усилитель
31
рения на широком диапазоне от минус 100 до плюс 1900 мВ и “0 - 5” - для измерения на узких диапазонах (показания прибора суммируются со значением, соответствующим началу диапазона). Для удобства, диапазон “-1 -4” имеет дополнительную оцифровку. Для установки температуры измеряемого раствора имеется оцифровка “0 - 100”.
К органам оперативного управления относятся: тумблер “сеть”, ручки переменных сопротивлений “калибровка”, “крутизна”, “рх” и “температура раствора”; 5 кнопок выбора рода работы: “Анионы/Катионы (+/-)”, “Х'/Х”, “mV”, “рх”, “t°”; кнопки выбора диапазона измерения: “-1 -19”, “-1 -4”, “4 -9”, “9-14”, “14-19”; корректор показывающего прибора.
Кнопка “Аниоиы/Катионы (+/-)” позволяет производить измерение положительных потенциалов (или активности анионов) в отжатом и отрицательных потенциалов (или активности катионов) в нажатом положениях; кнопки “mV”, “рх”, “t°” позволяют включать прибор в режим милливольтметра, иономера или установки температуры раствора. Резисторы “калибровка”,
Рис. 3.4. Преобразователь (вид спереди):
1 - показывающий прибор; 2 - кнопки выбора работы; 3 - выключатель сети; 4 - глазок индикации включения; 5 - кнопки выбора диапазона измерения; 6 - ручки оперативного управления прибором; 7 - оси переменных резисторов заводской настройки; 8 - корректор нуля: 9 - лицевая панель
32
От Вспомогательного электрод
Сетевой шнур
иж Вся ё © © тдаокож
2V 20 mV ' о) Со *) О
От измерите льного эле-итроба
От термо - \ От Винта
компенсоторс\ заземления / штатива/
Рис. 3.5. Задняя панель преобразователя
“крутизна” и “рх” служат для оперативной настройки прибора на данную электродную систему (ВНИМАНИЕ! Эти резисторы при выполнении данной работы НЕ ТРОГАТЬ!).
Элементы внешних подсоединений расположены на задней планке прибора (рис. 3.5). Электроды исследуемого гальванического элемента подсоединяются к клеммам “изм” и “всп”.
Рис. 3.6. Подставка 1 - основание подставки, 2 - столик поворотный, 3 - стакан с раствором, 4 - держатель электродов,5 - электроды, 6 - термометр, 7 - термокомпенсатор, 8- кронштейн, 9 - кронштейн, 10 - зажимной винт
Подставка (рис. 3.6) состоит из основания, на котором закрепляется труба. На трубе размещены два кронштейна 8 и 9, которые могут регулироваться по высоте. На кронштейне 8 закрепляются держатели электродов 4, кронштейн 9 может поворачиваться вокруг вертикальной оси. На нем закрепляется столик. Для того, чтобы сменить раствор, необходимо приподнять стаканчик и отвести столик в сторону.
6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ИОНОМЕРОМ ЭВ-74
Перед выполнением настоящей работы нужно тщательно изучить теоретическую и экспериментальную часть работы. Опыты нужно проводить только после внимательного прочтения полного описания работы и уяснения техники её выполнения.
1. К работе допускаются сотрудники, студенты, изучившие принцип и
33
работу данного прибора, правила эксплуатации электроустановок и правила работы с химическими растворами.
2. В данной работе нужно обратить внимание на электробезопасность. Работать приходится с прибором ЭВ-74, который включается в сеть с напряжением 220 В. Прибор в процессе эксплуатации должен быть надёжно ЗАЗЕМЛЕН!
3. Студенты должны работать с прибором при непосредственном наблюдении и руководстве учебно-вспомогательного персонала или преподавателя.
7. ПОДГОТОВКА ПРИБОРА К РАБОТЕ
Перед началом работы прибор обязательно заземляется. Проверяется и при необходимости устанавливается механический нуль показывающего прибора корректором 8 (рис. 3.4.). Переключатели прибора устанавливаются в положение “t°” и “-1 -19”, после чего прибор включается в сеть и прогревается в течение 30 минут.
8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА
Составьте предложенный преподавателем гальванический элемент, например,
Zn | ZnSO4 11 CUSO4 I Cu .
Для чего в разные стаканы на 50 мл налейте примерно по 35 мл растворы ZnSO4 и CuSO4 известной концентрации. Стаканы с растворами поставьте рядом на поворотный столик 2 подставки (рис. 3.6.). Цинковый и медный электроды тщательно зачистите мелкой наждачной шкуркой, промойте дистиллированной водой из промывалки и удалите остатки воды с электродов фильтровальной бумагой. Вставьте электроды в крайние отверстия держателя электродов 4 кронштейна 8 (рис. 3.6), таким образом, чтобы они на 2/3 оказались погруженными в раствор своих ионов в стаканчиках на поворотном столике (рис. 3.7).
Соедините электрически растворы электролитов в стаканчиках с помощью электролитического ключа.
Электроды (в нашем примере цинковый и медный) подсоедините с помощью проводов к клеммам “всп” и “изм” на задней стенке иономера ЭВ-74.
Нажать кнопку “mV”. Если стрелка показывающего прибора отклонится влево до упора, то нажать (или отжать кнопку “Анионы/Катио-ны (+/-)” в зависимости от полярности измеряемого напряжения. После установления показаний снять отсчёт. Результат равный, например, Ех = 1,03в занести в таблицу 3.1.
34
Нажимаем кнопку “t°”. Проводим расчёт значения эдс гальванического элемента, исходя из уравнения Нернста . 0,0591 , ф = Ф +-------------IgC
Z
Электродвижущая сила гальванического элемента по Нернсту Ен рассчитывается как разность потенциалов электродов рассчитанных по уравнению Нернста ________ 2+ 2. н - ф Cu/Cu ф Zn/Zn , где ф Cu/Cu2+ - электродный потенциал медного электрода, ф Zn/Zn2+ - электродный потенциал цинкового электрода.
Рис. 3.7. Схема исследуемого гальванического элемента
^Cu/Cu24- “ +°34 + “1^—fe0,01 - +0,281 В,
^•--°-76+2Т2'г'-,ю=-°-76в-
Е« * - ’г.»." - +0’281 - <+76> - ‘-041 В‘
Результат заносим в таблицу 3.1. Проводим расчёт погрешности П
П = Ен~Ех . j 00о/о = цО/о
Ен
Таблица 3.1
Экспериментальные данные
Электрохимическая схема гальванического элемента Концентрации электролитов, моль/л Опытная ЭДС, В Ен, В % ошибки 4G, кДж МОЛЬ КР
ZnSC>4 CuSC>4
Zn|ZnSO4||CuSO4|Cu 1.0 0,01 1,03 1,041 1,1 198,8 1034
35
Знание значения эдс гальванического элемента позволяет рассчитать работу А в электрических единицах, которую он может произвести при превращении одного моля вещества на электродах:
А = z F Е,
где Е - эдс, F - количество электричества перенесенное одним молем электронов (или одной эквивалентной молярной массой вещества), известное как постоянная Фарадея, z - число эквивалентных молярных масс в 1 моле вещества.
Полезная работа, производимая реагирующей системой, является свободной энтальпией (энергией Гиббса), и связаны они между собой простым соотношением:
z F Е = - AG.
Подставляя экспериментальное значение Е, а также z и F для изучаемого гальванического элемента, получим:
-AG = 2 • 96540 • 1,03 = 198790 Дж/моль
или AG =-198790 Дж/моль.
С другой стороны AG связана с константой равновесия КР реакции известным уравнением:
AG = -RT In КР
или
AG = -RT 2,3 1g КР.
Используя полученное значение AG и решая уравнение относительно КР для стандартной температуры, имеем:
-198790 = -RT 2,3 /?Кр,
198790 198790
lg Кр == = 34,90
2,3- RT 2,3-8,31-298
К — 1 л 34,90
р — 10
Огромное значение КР для реакции:
Zn + Cu2+ Zn2' + Си,
говорит о том, что реакция полностью смещена в сторону образования конечных продуктов, т.к.
КР = [Zn2+] / [Cu2+] =ю34,90 .
Данные расчёта AG и Кр вашего гальванического элемента внесите в таблицу 3.1.
36
9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
Для того, чтобы измерить потенциал каждого электрода (медного, цинкового или любого другого), необходимо измерить эдс гальванического элемента, составленного из измеряемого электрода (например, цинкового) и электрода сравнения (вспомогательного) с точно известным значением потенциала.
В качестве электрода сравнения возьмите каломельный электрод с известным потенциалом
(Pt) Hg I Hg2Cl2 I KC1 нась1Ш.
ф каломельного + 0,24 15В и подсоедините его к клемме “всп” на задней стенке прибора. Сам каломельный электрод вставьте в одно из крайних отверстий “держателя электродов” кронштейна 8 (рис. 3.6).
Измеряемый электрод (цинковый, например) вставьте в другое крайнее отверстие электрододержателя 4 и подсоедините проводом к клемме “изм” на задней стенке прибора.
Каломельный и цинковый электроды погрузите в раствор соответствующего электролита (в данном случае сульфата цинка), налитого в стаканчик на 50 мл, стоящий на столике подставки.
Нажмите кнопку “mV”. Нажать или отжать кнопку “Анионы/Катионы +/-” в зависимости от полярности измеряемого напряжения. После установления показания снять отчёт (пусть он окажется равным 0,990 В). Результат внести в таблицу 3.2. Нажать кнопку “ t°”.
Убрать цинковый электрод и стаканчик с электролитом. Сполоснуть дистиллированной водой каломельный электрод из промывалки. Вставить в гнездо держателя электродов второй исследуемый электрод (медный) гальванического элемента. Подсоединить его к гнезду “изм” на задней стенке прибора ЭВ-74 проводом.
Таблица 3.2
Экспериментальные данные
Электрохимическая схема элемента. эдс элемента, опытная Ex, В Потенциал каломельного электрода, В Опытный потенциал измеряемого электрода, В Потеициал исследуемого электрода по уравнению Нернста, В
Zn | ZnSO4 | КС1нас || Hg2CI2 | Hg 0,990 0,2415 -0,740 -0,76
Си | CuSO4 | KCI„ac || Hg2CI2 |Hg 0,040 0,2415 +0,2815 +0,281
37
Поставить на столик подставки стаканчик на 50 мл с раствором другого электролита (сульфат меди) и опустить в него исследуемый электрод и электрод сравнения - каломельный.
Нажать кнопку “mV” и повторить замер эдс, как это было раньше. Полученную величину (например, 0,04 В) внести в таблицу 3.2.
Нажать кнопку “t°”, отсоединить электроды, промыть их дистиллированной водой, следы влаги удалить фильтровальной бумагой. Каломельный электрод поместить в склянку с насыщенным раствором хлорида калия. Растворы электродов слить в соответствующие склянки. Выключить прибор тумблером “сеть”. Уберите рабочее место в надлежащий вид. Приступайте к расчётам и оформлению отчёта.
Опытный потенциал исследуемого электрода (цинкового или медного) рассчитывается из опытной эдс элемента и потенциала каломельного электрода, зная, что опыт.
^опыт.ная | Z11SO4 || КС1 | Н§2О12 | Hg ф кал. - фZn/ZnSO4 •
Отсюда ср Zn/znso4 = Ф кал. - В опыт. = 0,2415-0,990 = -0,7405 В.
Zn | ZnSO4 || KCI | Hg2C12 | Hg
Рассчитав аналогично опытный потенциал другого электрода (медного), внесём результаты в таблицу 3.2.
Отчёт должен включать цель работы, основные понятия, схему измерения электродных потенциалов, последовательность операций измерения, результаты в виде таблиц, расчёты, обсуждение результатов.
10. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
1. Что такое электрод? Что такое электродный потенциал? При каких условиях электродный потенциал металла называется стандартным?
2. Что собой представляет двойной электрический слой? Как он образуется? Как образуется скачок (разность) потенциалов между электродом и окружающей водной средой? За счет чего?
3. Какой электрод принят в качестве эталона для определения электродных потенциалов металлов? Какова условная величина его электродного потенциала?
4. Какие металлы не могут вытеснять водород из кислот? Почему?
5. Можно ли при помощи металлического железа удалить из раствора ионы натрия, магния, ртути, серебра?
6. Между какими из указанных металлов и водных растворов солей произойдут реакции? Напишите их уравнения в ионной форме.
38
Cu + HCI >
Mg + CuSO4 ->
Zn + Pb(NO3)2 ->
Ag + CuSO4 —>
Al + HCI >
Fe + CaCl2 —>
Cu + FeSO4—> Cu + AgNO3 -> Fe + CuSO4^>
7. Какие металлы и в какой последовательности будут выделяться, если: а) железная пластина погружена в раствор, содержащий одновременно A12(SO4)3, ZnSO4, CuSO4;
б) цинковая пластинка погружена в раствор, содержащий одновременно LiNO3, Pb(NO3)2, AgNO3, Mg(NO3)2;
в) кадмиевая пластинка погружена в раствор, содержащий одновременно MnSO4, NaCl, NiSO4, AgNO3?
8. Какие устройства называют гальваническими элементами?
9. Какие процессы обеспечивают работу гальванического элемента? Какие химические процессы протекают у отрицательного и положительного электродов? Приведите пример.
10. Выразите процессы, протекающие на электродах, и суммарную токообразующую реакцию в элементе, составленном по электрохимической схеме:
(-) Mg I MgSO4 11 AgNO31 Ag (+).
В каком направлении перемещаются электроны во внешней цепи?
11. Дать схему гальванического элемента, составленного из магниевой и свинцовой пластинок, опущенных в растворы их азотнокислых солей. Указать направление движения электронов в цепи и ионов в растворе. Написать уравнения электродных процессов и вычислить эдс элемента при использовании 1М растворов их солей.
12. Как зависит электродный потенциал от концентрации ионов в растворе? Приведите формулу Нернста.
13. Какие гальванические элементы называют концентрационными? Приведите пример. На чём основано действие концентрационных элементов?
14. Написать электрохимическую схему гальванического элемента, составленного из двух никелевых электродов, один из которых погружен в 0,001М раствор, а другой - в 2М раствор сульфата никеля. Вычислите эдс этого элемента.
15. На чём основан принцип действия газовых электродов? Как возникает электродный потенциал у газовых электродов? Приведите пример газового электрода.
16. В чём сходство водородного электрода с металлическим, в чём их различие?
17. Составьте электрохимические схемы гальванических элементов из следующих электродов: а) стандартного водородного электрода и никелевой пластинки, погруженной в 0,1М раствор NiSO4; б) водородного электрода и цинковой пластинки, погруженной в 0,001М раствор ZnSO4. Написать
39
электрохимические уравнения процессов, протекающих на электродах. Определить эдс каждого гальванического элемента.
18. При какой концентрации ионов Си2+
значение фси2+/си станет равно значению ф2н+/н ?
19. Потенциал кадмиевого электрода при 298 К составил —0,523 В. Какова концентрация ионов кадмия в растворе?
20. Что такое поляризация, чем она обусловлена? Причины катодной и анодной поляризации; в каком направлении смещаются потенциалы катода и анода при поляризации?
21. Чем вызвана концентрационная поляризация? Каким образом можно уменьшить концентрационную поляризацию?
22. Какие вещества могут служить деполяризаторами: а) катодной, б) анодной поляризации?
40
Приложение
Таблица ПЗ
Стандартные потенциалы металлических и газовых электродов при 298 К
Электрод Электродная реакция <p°, В Электрод Электродная реакция <p°, В
Li+/Li Li —>Li++ ё -3,02 Cd2+/Cd Cd-»Cd2++2t -0,4
Cs+/Cs Cs -> Cs+ + ё -3,01 Ni27 Ni Ni—>№2++2ё -0,25
к7к K>K'i e -2,92 Sn27 Sn Sn—>8п2++2ё -0,14
Ва2+/Ва Ba—>Ba2 +2e -2,9 Pb27 Pb Pb-> РЬ2++2ё -0,13
Са27 Са Са->Са2++2ё -2,87 Fe37 Fe Fe-> Ре2++2ё -0,04
Na+/Na Na -> Na++ ё -2,71 h7 h2, Pt Н2-»2Н++2ё 0,00
Mg2+/ Mg Mg-»Mg2++2t -2,37 Cu27 Cu Си2++2ё->Си +0,34
Ве2+/ Be Be-> Ве2++2ё -1,85 OH/O2,Pt 2ОН ->1/2О2 +Н2О+2ё +0,401
Ti2+/Ti Ti—> Т|2++2ё -1,75 Hg27 Hg Hg244^->Hg +0,79
А13+/Al А1-»А13++Зё -1,66 Ag7 Ag Ag2++ ё^-Ag +0,8
Zr47 Zr Zi ->гг4+ + 4ё -1,58 Pd2+/Pd Pd2++2ё-> Pd +0,99
Mn27 Mn Mn-»Mn2++ 2 ё -1,18 Pt2+/Pt Pt24* 2ё-> Pt +1,19
Cr27 Cr Cr—>Сг2++2ё -0,913 O2/ H2O, Pt О2 + 4Н+ + 4ё ->2H2O +1,23
v37v V-> У3++Зё -0,876 07 Cl2, Pt С12+2ё-»2СГ +1,36
H2O /112 2H2O-> H2 +2OH +2ё -0,83 Au3+/Au Au3++ 3 ё —> Au +1,5
Zn27 Zn Zn —> Zn2+ + 2 c -0,76 Au+/ Au Аи2+ + ё -> Au +1,69
Cr37 Cr Сг->Сг3++Зё -0,74 F 7F2, Pt Р+2ё->2Р' +2,84
Fe27 Fe Fe->Feu+2t -0,44
41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коровин Н.В. Общая химия,- М.: Высшая школа,1998.-559 с.
2. Электрохимические процессы: Метод, указания по химии для индивидуальной работы / Сост. Е.С. Гиматова. - Ульяновск: УлПИ, 1990. -52с.
42