Основные газовые законы. Определение молекулярных масс газообразных веществ (стр. 10 )

Кроме электродов существуют цепи (концентрационные и альмагамные).

Концентрационная цепь.

Примечание автора. Обязательна графическая иллюстрация.

В сосуд помещены 2 одинаковых электрода и залиты раствором, содержащим ионы металла.

При замыкании цепи получают развитие процессы, приводящие к выравниванию концентрации всех растворов.

ЭДС элемента:

Альмагамные цепи.

Альмагама – сплав металла со ртутью, остающийся жидким при комнатной температуре.

Примечание автора. Обязательна графическая иллюстрация.

В сосуд залиты альмагамы с различной концентрацией металла и электролит, содержащий ионы металла.

При работе элемента: окисление в первом отделе, восстновление – во втором.

Процессы продолжаются до выравнивания концентраций электролитов и альмагам.

В принципе любой электрод окислительно-восстановительный, но этот термин применяется только в том случае, если материал электродов не изменяется, а служит лишь источником или приемником электронов.

Эти электроды, таким образом, обеспечивают отвод/подвод электронов.

Имеются таблицы стандартных окислительно-восстановительных потенциалов.

49. Законы Фарадея. Выход по току.

Первый закон: при электролизе данного электролита количества веществ, выделяющихся на электродах, прямо пропорционально количеству электричества, прошедшему через электролит.

q – электрохимический эквивалент.

Второй закон: при электролизе различных электролитов одинаковые количества электричества выделяют на электродах такие количества веществ, которые прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.

Пример. При прохождении 1 фарадея (96500 Кл) электричества на электродах выделяется 1 г-экв вещества.

В формулу первого закона следует ввести поправочный сомножитель – выход по току.

Закон Фарадея:

Электрический эквивалент q – количество вещества в мг, выделяющееся на электродах при прохождении 1 Кл электричества.

Вторая формулировка. Электрический эквивалент q – количество вещества в г, выделяющееся на электродах при прохождении 1 А*ч электричества.

q=Э/Ф, Э – г-экв.

Удельный расход энергии при электролизе: W=U*I*t/m=U/(q*η), [Вт*ч/г].

48.Электролиз. Последовательность разряда ионов на катоде и аноде.

Электролиз - это окислительно-восстановительный процесс, протекающий при прохождении постоянного тока через раствор или расплав электролита.

Сущность электролиза: на катоде(-) идет процесс восстановления, на аноде(+) – процесс окисления.

Пример.

Различают первичные (электронный) и вторичные (химический) процессы.

Последовательность разряда ионов в водных растворах.

Вода частично ионизирована.

На катоде в первую очередь восстанавливается тот катион, потенциал которого более положителен.

Все металлы можно разделить на 3 группы.

1-я группа – с наименьшей алгебраической величиной от Li до Al (включительно). При электролизе водных растворов, содержащих ионы металлов 1-й группы на катоде идет только процесс восстановление катионов Н+.

2-я группа - со средней алгебраической величиной от Mn до Fe (Fe3+). При электолизе водных растворов, содержащих ионы Ме 2ой группы на катоде идут 2 процесса: Men++nē®Me°, H++ē®H. - выход по току, отношение практически полученного на катоде вещества к теоретически возможному, которое должно было бы выделиться по закону Фарадея.

3-я группа – с наибольшей алгебраической величиной все Ме, расположенные в ряду напряжений после водорода. На катоде – только восстановление катионов Ме, Меn++nē®Ме°. Порядок окисления анионов на аноде: на аноде в 1-ю очередь окисляется анион, которого более отрицателен.

В случае нерастворимого анода (графит, уголь, Pt, Au, Ir) в первую очередь окисляются анионы бескислородных кислот. Если этих ионов нет, то если среда щелочная, окисляются анионы гидроксила. Если среда кислая или нейтральная, то имеет место прямое окисление воды.

В случае растворимого анода, имеет место процесс:

51.Классификация химических источников тока.

Существуют 3 типа ХИТ: первичные - гальванические элементы, вторичные – аккумуляторы и топливные элементы.

В гальванических элементах активные вещества, необходимые для работы элемента, закладываются в него при монтаже, после израсходования веществ элемент утилизируется.

В основу аккумулятора положена высоко-обратимая хим реакция окисления-восстановления, которую можно проводить в обоих направлениях.

Топливный элемент – это ХИТ длительного действия, начинающий и прекращающий работу с началом и прекращением подачи активных веществ в электродам.

Достоинства ХИТ: высокий КПД, экологическая чистота, бесшумность, автономность действия.

Недостаток – низкие удельные характеристики.

Марганцево-цинковый элемент: наиболее широко применяется среди первичных ХИТ.

Электрохимическая цепь: (-)Zn|NH4Cl|MnO2(+). Электролит – 20% раствор NH4Cl, загущенный до студнеобразного состояния, для предотвращения высыхания и загнивания вводят специальные добавки. MnO2 спрессован с добавкой сажи – для увеличения электроемкости. ЭДС от 1,48 до 1,8 в зависимости от кристаллической модификации MnO2, начальное напряжение 1,1-1,25В. Процессы при разряде: (-) Zn-2ē+2H2O>Zn(OH)2+2H+, (+)2MnO2+2ē+2H+>2MnO. OH, Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO. OH. Вторичная реакция: Zn(OH)2+2NH4Cl=[Zn(NH3)2]Cl2+2MnO. OH

52. Коррозия металлов. Химическая и электрохимическая коррозия.

Коррозия – самопроизвольно протекающий процесс поверхностного окисления металла в результате его химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.

В результате коррозии металл из свободного состояния переходит в связанное. Потери от коррозии велики: десятки миллиардов долларов в индустриально-развитых странах.

Химическая коррозия (газовая и жидкостная).

Газовая – разрушение происходит в атмосфере сухого газа – окислителя (кислород, галогены).

На поверхности металла образуется твердая пленка оксида.

Скорость окисления зависит от прочности пленки (наличия или отсутствия трещин). Если пленка растягивается, трещины образуются легко. Если сжимается – гораздо труднее.

Это зависит от отношения мольных объемов окислителя и металла. М – молекулярная масса оксида, d – плотность, n – число атомов в молекуле оксида, А – атомная масса металла.

Если отношение <1 => пленка растягивается, если >1 => сжимается.

Некоторые металлы (железо, алюминий, хром, нержавеющая сталь) могут подвергаться пассивации (образование на поверхности под действием реагентов слоев, препятствующих коррозии).

Пример.

Активными газами, вызывающими газовую коррозию являются – хлор, фтор, кислород, сероводород.

Жидкостная коррозия – разрушение металла в жидкой непроводящей среде (нефть, бензин, керосин, смазочные масла). Скорость невелика.

Электрохимическая коррозия (гальванокоррозия и электрокоррозия).

Гальванокоррозия. При протекании процесса разрушающийся металл является отрицательным электродом.

Рассмотрим пример.

На границе «металл-жидкость» образуется слой ионов железа, удерживаемых отрицательно заряженным металлом у своей поверхности. Ионы железа удерживают на расстоянии ионы водорода, не давая им восстановиться за счет электронов железа. Отсюда, коррозионная стойкость химически чистого железа.

В случае технического железа (содержит примеси) происходит восстановление ионов водорода (пример примесей – углерод).

Электрокоррозия.

Идет процесс электролиза под действием тока от внешнего источника.

Рассмотрим пример.

Коррозия стального трубопровода в почве под действием электрических токов. Возникают 2 участка: 1. где рельс (источник тока) играет роль катода (-), а участок провода под ним – роль анода (+).

2. справа от стыка. рельс – анод, провод – катод.

Слева от стыка разрушается трубопровод, справа – рельс.

Разрушение происходит локально – на ограниченном участке.

53. Основные методы борьбы с коррозией.

Коррозия – самопроизвольно протекающий процесс поверхностного окисления металла в результате его химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.

В результате коррозии металл из свободного состояния переходит в связанное. Потери от коррозии велики: десятки миллиардов долларов в индустриально-развитых странах.

Методы борьбы различны:

-антикоррозийное легирование металла – введение в металл добавок, чтобы повысить стойкость основного металла.

-защитные покрытия (металлические и неметаллические).

металлические наносятся под давлением сжатого воздуха. характерно покрытие листового материала тонким слоем другого материала.

неметаллические – лаки, краски, битум, солидол.