Основы теоретической электрохимии (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИРЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г. СЕМЕЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным занятиям по дисциплине

«ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИИ»

для студентов по специальности

5В072000 – «Химическая технология неорганических веществ»

Семей

2013

Предисловие

1. РАЗРАБОТАНО

СОСТАВИТЕЛЬ  ______  « ____»  ______ 20__ ж.  ,

а?а о?ытушысы, кафедрасы  «Химия» 

2. ОБСУЖДЕНО

2.1 На заседании кафедры «Химия» 

« ____» _______________20__ж.,  протокол №_____

  к?ні

Заведующий кафедрой  ________ 

                                ?олы

Предметом теоретические основы электрохимии является объяснение химических явлений на основе  общих законов физики

Объектами теоретические основы электрохимии являются любые системы, в которых могут протекать химические превращения, изучает и объясняет основные закономерности, определяющие на­правление химических процессов, скорость их протекания, влияние на них среды, примесей, излучения ит. д.

Теоретические основы электрохимии являются одним из дисциплин  которые полагают основание для изучения специальных предметов.

Теоретические основы электрохимии изучает особенности свойств растворов электролитов, явления электропроводности, электролиза, коррозии, работу гальванических элементов.

Содержание

стр.
1	«Равновесие в растворах электролитов. Электролитическая диссоциация». 2ч
2	«Электростатическая теория сильных электролитов» 1ч
3	«Неравновесные явления в растворах электролитов. Законы Фарадея» 1ч
4	«Электропроводность растворов электролитов» 1ч
5	Определение степени диссоциации и константы диссоциации слабых электролитов при разных концентрациях. Лабораторная работа 1
6	Изучение скорости гидратации уксусного ангид­рида методом  электропроводности. Лабораторная работа 2
7	Измерение электрической проводимости растворов. Определение константы кондуктометрической ячейки. Лабораторная работа 3
8	«Термодинамика электродного равновесия»
9	Измерение  ЭДС элемента Якоби - Даниэля. Лабораторная работа 4
10	«Теории двойного электрического слоя»
11	Исследование зависимости эквивалентной электрической проводимости от концентрации и определение ??. Лабораторная работа 5
12	Электрохимические свойства окислительно – восстановительных систем. Лабораторная работа 6
13	13«Неравновесные электродные процессы»
14	14«Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в гальванических элементах» (лабораторная работа 7).

Практическое занятие 1. «Равновесие в растворах электролитов. Электролитическая диссоциация». 2ч

Цель занятия;

Методические рекомендации (указания) по выполнению задания;

Контрольные вопросы;

Литература с указанием страниц, по изучаемой теме

Практическое занятие 2. «Электростатическая теория сильных электролитов». 1ч

Цель занятия:

Методические рекомендации (указания) по выполнению задания;

Контрольные вопросы;

Литература с указанием страниц, по изучаемой теме

Практическое занятие 3. «Неравновесные явления в растворах электролитов. Законы Фарадея». 1ч

Цель занятия:

Методические рекомендации (указания) по выполнению задания;

Контрольные вопросы;

Литература с указанием страниц, по изучаемой теме

Практическое занятие 4. «Электропроводность растворов электролитов».1ч

Цель занятия:

Методические рекомендации (указания) по выполнению задания;

Контрольные вопросы;

Литература с указанием страниц, по изучаемой теме

Практическое занятие 5. Определение степени диссоциации и константы диссоциации слабых электролитов при разных концентрациях. Лабораторная работа 1

Цель занятия: определить степени диссоциации и константы диссоциации слабых электролитов при разных концентрациях

Вопросы для допуска к лабораторной работе;

Методические рекомендации по проведению работ и обработке экспериментальных данных:

Теоретическая часть

Вещества, которые образуют растворы или расплавы с ионной проводимостью электрического тока, называют электролитами. Для электролитов характерно, что их растворы проводят электрический ток, но в меньшей степени, чем металлы. Кроме того, при прохождении электрического тока через раствор электролита происходят химические превращения (электролиз).

В основе теории электролитов Аррениуса (теории электролитической диссоциации) лежат три постулата:

1. При растворении в воде молекулы электролитов распадаются на положительные и отрицательные ионы.
2. Процесс диссоциации является обратимым, т. е. в растворе существует динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами, например:

С разбавлением раствора равновесие сдвигается вправо.
3. Сумма положительных электрических зарядов катионов равна сумме отрицательных зарядов анионов. Кроме того, предполагается, что силы взаимодействия между ионами отсутствуют, и растворы электролитов ведут себя подобно идеальным газовым системам. Это положение в теории Аррениуса прямо не отражено, но оно лежит в основе всех ее количественных характеристик. Диссоциация молекул на ионы происходит частично и характеризуется степенью диссоциации ?.

Степень диссоциации – это отношение числа распавшихся молекул к общему числу молекул, введенных в раствор. Степень диссоциации меняется от нуля (нет диссоциации) до единицы (полная диссоциация). Степень диссоциации зависит от природы растворенного вещества и растворителя, а также от концентрации раствора и температуры.

Равновесие диссоциации электролита характеризуется константой диссоциацииКд уравнение (1). Например, для реакции:

(1)

       Существует три типа электролитов с точки зрения диссоциации:
Слабые – при растворении в воде почти не диссоциируют на ионы.
Средние – электролиты, степень диссоциации которых меньше 30 %, но больше 2 %.

Сильные – такие электролиты, которые при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы. У таких электролитов значение степени диссоциации стремиться к единице.

Молярной электропроводностью (?) называется электропроводность такого объема раствора, в котором содержится 1 моль растворенного вещества, причем электроды расположены на расстоянии 1 см друг от друга. Измеряется в См·см2·моль–1.

Согласно определению удельная и молярная электропроводности связаны соотношением

  (2)

где- удельная электропроводность.

Для большинства электролитов с повышением температуры молярная электропроводность увеличивается, из-за возрастания подвижности ионов. С разбавлением раствора молярная электропроводность увеличивается и при достаточно большом разбавлении достигает максимума. Это объясняется тем, что у слабых электролитов по мере разбавления растет степень диссоциации, т. е. увеличивается число ионов; у сильных же увеличиваются расстояния между ионами, ослабляются силы взаимного притяжения между ними и, следовательно, увеличивается скорость движения ионов.

Разведение, при котором достигается максимальное значение молярной электропроводности, называется «бесконечным», а соответствующая ему электропроводность называется молярной электропроводностью при бесконечном разведении (?0). Такое состояние характеризуется практически полной диссоциацией электролита (? = 1) и отсутствием сил электростатического взаимодействия между ионами. Подвижности ионов при этом достигают своих предельных значений, также как и величина молярной электропроводности раствора.

Для определения величины ?0 слабых электролитов пользуются расчетным методом, основанным на законе Кольрауша. Сущность последнего заключается в том, что подвижность ионов данного типа в бесконечно разбавленном растворе не зависит от природы других ионов, присутствующих в растворе. Это позволяет рассчитать ?0 слабого электролита суммированием значений подвижностей соответствующих ионов при бесконечном разбавлении.

где ?0+, ?0 - – подвижности ионов. Их значения можно найти в справочниках.
       Отношение молярной электропроводности растворов сильных электролитов при данной концентрации к предельной молярной электропроводности называется коэффициентом электропроводности (f?) Эта величина характеризует межионное взаимодействие. Для слабых же электролитов отношение молярной электропроводности при данном разведении к предельной молярной электропроводности равно степени диссоциации электролита:

(3)

Зависимость молярной проводимости растворов сильных электролитов от концентрации изучалась многими исследователями. Для разбавленных растворов Кольрауш предложил эмпирическое уравнение, называемое законом квадратного корня: