7-ЭЛЕКТРОХИМИЯ.ppt

электроды(электронн.проводим.)
окисление - анод
восстановление - катод
2- электролиты(ионная проводим.)
3 - внешняя цепь
5

- внутренняя цепь

4 – проводник электрического тока
или внешний источник тока

Zn|ZnSO4||CuSO4|Cu
Zn|Zn+2||Cu+2|Cu

цепи: I = 0
ΔG=ΔrG + Wэ;

ΔrG-протекание хим.реакции; Wэ- работа переноса электрических зарядов

Wэ = n⋅F⋅E E = ∆φ =ϕК – ϕА разность потенциалов
F = NA⋅ē ≈ 96500 Кл/моль - число Фарадея
n – число молей электронов

I ≠ 0

самопроизвольный процесс - ΔrG < 0, Е>0 → ϕК > ϕА
гальванический элемент (химический источник тока - ХИТ)
получение электрической энергии в результате протекания химической реакции

вынужденный процесс - ΔrG >0, Е‹0 → ϕК < ϕА
электролизер (электролиз)
за счет электрической энергии внешнего источника тока протекают вынужденные реакции

Ме1→ Mе1+n + nē ≡ Ме1 – nē

→ Mе1+n
катодный процесс Ме2+n+ nē → Mе2

1 атом ⇒ q = n⋅ē (Кл)

1 моль ⇒ qν = n⋅NA⋅ē = n⋅F (Кл/моль);

за время t (с) при токе в системе I (А) ⇒ q = I⋅t (Кл) и превратится ν моль веществ

Кл ⇒ А⋅час – емкость ХИТ

→ Men+(H2O)x + nē
Men+(H2O)x + nē → Me0 +

хН2О

ϕ -электродный потенциал(разделение зарядов(ДЭС) на границе фаз – разность (скачок) электрического потенциала

Кat+; An-|газ,Pt

4. Редокс-электроды
Меx+,Меy+|Pt
5. Ионселективные электроды
(ионообменные, мембранные)-стеклянный электрод

pH < 7
Стандартный водородный электрод
при

CH+ = 1 моль/л; Т0 = 298 К; Р0=1.013⋅105 Па

2H2O+2ē ⇔H2+2OH- pH ≥ 7

А(−)H20,Pt |2H+||Men+|Me0(+)К
если CH+ = 1 моль/л; Т0

= 298 К; Р0=1.013⋅105 Па; I = 0, А
CМе+ = 1 моль/л

Равновесие ΔG=0; I=0
ϕ1; ϕ2
2. Гальванический

элемент
ΔG<0; I≠0; ϕк > ϕа
E = ϕк – ϕа > 0 - ЭДС

3. Электролиз
ΔG > 0; I≠0; U > E
U-напряжение разложения

= 1.13 В
Cu2+|Cu
Анод (−) Zn0→ Zn2++2ē
Катод (+) Cu2++2ē

→ Cu0

В


Концентрационный гальванический элемент
Анод (−) Cu0 → Cu2++2ē
Катод

(+) Cu2++2ē → Cu0

работе ГЭ
= ϕI − ϕ явл.[f(i)]
Поляризация-разность потенциалов электрода при прохождении

тока I и равновесным значением

Стадии электрохимического процесса(сложной гетерогенной хим.реакции), определяющего потенциал электродов:
1) подвод реагирующих частиц(диффузия)
из объема электролита к поверхности электрода(ур. Нернста);
2) собственно электрохимическая реакция на электродах (сближение потенциалов электродов);
3) отвод продуктов реакции(диффузия) от электрода(ур. Нернста).
[Скорость переноса электронов во внешней цепи выше скорости отдельных стадий]

Анод η > 0 ϕI = ϕ + η(i)

Катод η < 0 ϕI = ϕ - η(i)

продукты
Активные материалы (АМ) ХИТ
(окислитель, восстановитель)

нагрузки

Номинальное напряжение (U, В) -напряжение в средн.части разрядной характеристики(учитывает

поляризацию ГЭ)

Номинальная ёмкость(C)-ампер-час[А⋅ч] -кол-во эл-ва, отдаваемое ХИТ во внешнюю цепь; также используется для характеристики ёмкости ХИТ удельная энергия (Вт⋅ч/кг)

Удельная мощность(N, Вт/кг) –макс.допустимая разрядная мощность(макс.возможный ток при номинальном напряжении)

Срок хранения (Тхр) –время, когда ёмкость ХИТ существенно не уменьшается из-за саморазряда(хим.процессы на элетродах с потреблением АМ без генерирования эл.тока)

Число циклов разряд-заряд(для аккумуляторов); ресурс работы - ТЭ

ϕ1 > ϕ2 >... > ϕn
Ме3+n + nē → Ме30

- расплав

ϕ1 < ϕ2