Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Составим электрическую цепь из двух таких электродов (рис. 126) и получим гальванический элемент, работающий за счет химической реакции:
Разность потенциалов такого гальванического элемента довольно велика и составляет 1,36 В, а так как потенциал нормального водородного электрода равен 0, то стандартный потенциал хлора будет равен 1,36 В. Зависимость от концентрации и температуры сохраняется и для этих электродов, но появляется новый фактор —
(9.10)
ц = пР = 2-96 500 = 193 ООО Кл.
Отсюда работа гальванического элемента равна А =Д^^= 1,103-193 000 = 214230 Дж.
(Р1:)С1|СГ.
Н2 + С1^2НС1; (Р1)Н|Н+!!С1-|(Р0С1
11
236
давление газа. Если хлор заменить кислородом, получим водород-но-кислородный гальванический элемент, но в этом случае А8 не будет постоянной величиной, так как молекула кислорода вызывает в зависимости от условий окислительно-восстановительные процессы различного типа:
О,, + 2Н20 -I- 4е-+40Н~; 4е + 02 + 4И+-^2Н20 20Н~^Н202 + 2е
а каждый процесс имеет свою разность потенциалов.
К+С1
Рис. 126. Водородно-хлорный элемент
Кроме газовых окислительно-восстановительных (Red— Оху) элементов существует огромное количество элементов и другого типа, которые находят применение в технике. В качестве примера рассмотрим гальванический элемент, работающий за счет реакции
2KI + Cl25± 2КС1 -г I,
Процесс осуществляется следующим образом. Возьмем сосуд, разделенный на две части полупроницаемой перегородкой, пропускающей ионы (рис. 127). В одну его часть нальем раствор KI, в другую KCl и погрузим платиновые электроды. Затем к электроду, погруженному в раствор KCl, подведем трубку с газообразным хлором. Стрелка гальванометра, включенного в цепь, сейчас же отклоняется, а около электрода, погруженного в раствор К1Ч появляется коричневое облако свободного иода 12. Стандартная разность потенциалов этого элемента составляет 1В.
Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы для некоторых реакций приведены в табл. 9.3.
Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы характеризуют силу или активность окислителей и восстановителей в химических реакциях:
Рис. 127. Гальванический элемент, работающий за счет реакции вытеснения ионов иода хлором
237
Таблица 9.3. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы некоторых реакций
Электродный процесс &\ в Электродный процесс ?\ в
Мп + 20РГ -2е-*Мп(ОН)а - 1,47 ре3+ + е Ре2+ + 0,771
№ + 20Н" — 2е ЩОН)2 - 0,66 Мп02 + 4Н+ + 2е
Мп(ОН)2 + ОРГ- е-»» ->¦ Мп2+ + 2Н20 + 1, 28
Мп(ОН)3 -0,40 С10Г + 8Н+ + 7е" ->
РЬ + 502--2е^РЬ504 - 0,355 - 1/2С12 + 4Н20 + 1,34
-0,136 Сг202- + 14Н+ + 6Є-»-
AgBr + e-V AgQ + Br^ + 0,073 -V 2Сг3+ -+ 7Н20 + 1,36
5п4+ + 2е-> Бп2+ + 0,15 1/2С12 + в-> сг + 1,358
ЫЮ2 + 2Н20 + 2е-> РЬ02 + 4Н+ + 2е->-
->Ы!(ОН)2 + 20РГ + 0,49 -> РЬ2+ + 2Н20 + 1,456
МпОГ + 8Н+ + 5??-»-
Ч-Мп2+ + 4Н80 + 1,52
МпОГ + 4Н+ + Зе-.-
Мп02 + 2Н20 + 1,67
Оксилители и восстановители в зависимости от условий, в которых протекает химическая реакция, могут менять свои потенциалы или активность. ' Так, например, очень сильный окислитель перманганат калия КМп04 будет изменять свою активность в зависимости от рН (см. табл. 9.3):
рН<7 МпОГ + 8Н++ 5<?^Мп2+ + 4Н20; ?° = + 1,52В рН=< МпОГ + 4Н+ + Зе-^Мп02 + 2Н20; ё° = + 1,67В
В резко щелочной среде КМп04 переходит в К2Мп04, вообще проявляя степень окисления +6. Окислительно-восстановительная активность изменяется также в зависимости от комплексообразо-вания и строения комплексных ионов.
Довольно сильным окислителем является ион железа (III):
ре3+ + е-^Ре2+; 8° = +0,771 В
Раствором галида железа (III) можно окислять («травить») все активные металлы и даже медь:
2Ре3+ + Си°-^2Ре2+ + Си2+ рез+ + е^рЕ2+. #о = +о,771В
Си°-2е-^Си2+; ?П=+0,34В
Д#>0; А ё =0,771—0,34 = 0,431В (процесс возможен)
Однако серебро Ре3 + окислять не может:
Ре3+ + Ag0-^Fe2-ь + Аё+ ре:'+ + е^рЕ2+; ?" = +0,771 В ' Айи — е->Аг+; ?" = +0,779В Аё <0; Аё = 0,771—0,779 =-0,028 В (процесс невозможен) '
238
Но если среда содержит избыток ионов (СЫ)" и ион железа (III) находится в виде комплексного иона [Ре(СЫ)6] то он может окислять свободное серебро, так как в присутствии ионов (СГ\1)~' его активность значительно возрастает в связи с образованием ионов [Ад(СЫ)2] ~. Рассмотрим процесс окисления свободного серебра раствором красной кровяной соли (ослабитель для негативного фотоматериала по Фармеру):
АЙ° + К3 [Ре(СЫ) в] + 2K.CN - К [Ад(СМ) 2] + К4 [Ре(СЫ) „]
Из таблицы справочной литературы находим значения электродных потенциалов:
1Ре(СМ),;];1~ + <«~* [Ре(СЫ),]-' ; ?° = +0,556 в Аё° - е + 2(С N1 - -у [Ад, (С N) а]~; #" = - 0,290 В Л?и>0; Д?"=+0,556 + 0,29 = 0,846 В (процесс возможем)
Окислительно-восстановительные цепи широко используются для создания химических источников тока как элементов, так и аккумуляторов, так как при их использовании можно получить значительные разности потенциалов. Очень большое значение они имеют при «травлении» металлов, т. е. в процессах частичного растворения поверхности металла или для создания ее рельефа. В этом случае реакции с кислотами или их смесями применять можно не всегда, так как газообразные продукты реакции (Н2, N0, N03) могут искажать обработанную поверхность металла, задерживаясь на ней и экранируя отдельные участки ее.
