Основы электрохимии

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ.

План

1. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Их классификация.

2. Направление протекания ОВР.

3. Основы электрохимии:

3.1. двойной электрический слой; равновесный электродный потенциал;

3.2. стандартный электродный потенциал;

3.3. электрод сравнения (стандартный водородный электрод);

3.4. уравнение Нернста;

3.5. ряд напряжений металлов.

Литература:

1. Фролов В.В. Химия. Гл.V, §51-56.

2. Лучинский Г.П. Курс химии. Гл.V, §8-12, гл. VI, §13-18

3. Ахметов Н.С.Общая и неорганическая химия. Раздел V, гл.3,4.

4. Общая химия под ред. Соколовской Е.М. и др. Гл.6, §1-11.

Электрохимия – это раздел химии, который изучает химические процессы, в результате которых возникает электрический ток или химические процессы, протекающие под действием электрического тока.

В основе таких химических процессов лежат ОВР.

Окислительно-восстановительные реакции – это электронодинамические реакции, сопровождающиеся переходом электронов от восстановителя к окислителю и изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Степень окисления (С.О.) – это формальный электрический заряд атома элемента в химическом соединении, при условии, что все образуемые этим атомом связи носят чисто ионный характер.

Степень окисления элементов определяется с учетом следующих правил:

1.С.О. (элемента в простом веществе)=0

2.C.O. (O)= -2(искл.F₂O⁺²;R₂O^-1₂).

3.С.О. (Н)=+1(искл. гидриды металлов Na⁺H^-).

4.С.О. (иона)=его заряду Z (Na⁺C.O.=+1; F^- C.O.= -1)

5.Закон электронейтральности: в молекуле алгебраическая сумма степеней окисления элементов с учетом числа их атомов равна нулю. Например, K⁺¹Mn^xO^-2₄

+1+x+4•(-2)=0 x=+7

Окислитель – вещество, которое принимает электроны и при этом восстанавливается.

Важнейшие окислители:

1.Неметаллы, переходящие в процессе ОВР в отрицательно заряженные ионы:

F⁰₂2F ^- (Cl₂; I₂; O₂; Br₂; S),

2. Катионы металлов и катион водорода Н⁺, переходящие в процессе ОВР в нейтральное состояние:

Ag⁺Ag⁰

2H⁺H⁰₂

3. Сложные вещества, в состав которых входят атомы элементов, в высших степенях окисления, переходящие в процессе ОВР в более низкие степени окисления.

Восстановитель – это вещество, которое отдает электроны и при этом окисляется.

Важнейшие восстановители:

1.Все металлы и некоторые неметаллы(H₂; B; C) переходящие в процессе ОВР в состояние с положительными степенями окисления.

2.Сложные вещества, в состав которых входят элементы с низкими степенями окисления, переходящие при ОВР в более высокие степени окисления.

(FeCl₂) (FeCl₃)

Типы ОВР:

1. Межмолекулярные ОВР – реакции, в ходе которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах:

Mn⁺⁴O₂+4HCl^-=Mn²⁺Cl₂+Cl⁰₂+2H₂O

2. Внутримолекулярные ОВР – реакции, в ходе которых окислитель и восстановитель (атомы разных элементов) находятся в составе одного вещества: 2KCl⁺⁵O^-2₃=2KCl^-1+3O⁰₂.

3. ОВР диспропорционирования – реакции, в ходе которых атомы одного и того же элемента, находящиеся в составе вещества, являются и окислителем и восстановителем:

Cl⁰₂+2KOH=KCl^-+KCl⁺¹O+H₂O

При составлении уравнений ОВР должен соблюдаться электронный баланс, т.е. число электронов, отданных восстановителем, должно соответствовать числу электронов, принятых окислителем. Вычислив степени окисления участвующих и образующихся в результате реакции частиц, определяем восстановитель и окислитель.

окислитель [ Mn⁺⁷O₄]^- + 8H⁺ + 5ē → Mn²⁺ + 4H₂O 5 2 Е₀=+1,51 (В)

восстановитель Fe²⁺ - ē → Fe³⁺ 1 10 Е_В= +0,77(В)

Для написания молекулярного уравнения дописываем противоионы.

2[MnO]^-₄ +16H⁺ + 10Fe²⁺ → 2Mn^{2 +} + 10Fe³⁺ + 8H₂O

2K⁺ 8[SO_4]^2- 10SO₄^2- → 2[SO4]^2- 15[SO4]^-2 2 K+SO₄

В растворах стремление электронов к переходу от одних атомов или ионов к другим характеризуется стандартным окислительно-восстановитель-ным потенциалом Е⁰(В).

Возможность и направление протекания ОВР определяется величиной ЭДС, которая расчитывается как разность потенциалов окислителя (Е₀) и восстановителя (Е_В).

ЭДС = Е₀ – Е_В, если ЭДС = ΔΕ>0 реакция возможна;

ΔΕ >0,2 (В) идет хорошо; ΔΕ <0 реакция невозможна.

Для приведенной реакции ЭДС=Е₀-Е_В=1,51-0,77=0,74(В), значит, реакция протекает в прямом направлении достаточно хорошо.