- •Министерство сельского хозяйства
- •Лекция 5. Гидролиз солей………………………………………………….72
- •Список литературы……………………………………………….159 Глоссарий
- •Программа дисциплины для студентов
- •5В120200 –ветеринарная санитария
- •Распределение учебного времени
- •6.Содержание курса
- •6.1 Перечень лекционных занятий
- •6.2 Перечень лабораторно-практических занятий
- •8.Список литературы.
- •Оценочные эквиваленты в десятибалльной шкале
- •1.Теоретические основы аналитической химии
- •Требования, предъявляемые к аналитическим реакциям.
- •Качественный химический анализ.
- •Типы химических реакций.
- •Качественный химический анализ. Аналитическая классификация катионов
- •Аналитическая классификация анионов
- •Лабораторная работа 1
- •1.Правила тб.
- •Весы и взвешивание
- •Лабораторная работа 2. Реакции катионов 1 группы
- •Лабораторная работа. Качественные реакции анионов 1-3 группы
- •Титриметрические методы анализа
- •Способы титрования.
- •Методы титриметрического анализа
- •Лабораторная работа 1. Определение кристаллизационной воды в кристаллогидрате хлорида (или сульфата) бария
- •Лабораторная работа 2. Ацидиметрическое титрование
- •Метод Мора
- •Метод Фольгарда
- •Лабораторная работа
- •Редоксиметрия. Окислительно - восстановительное титрование. Перманганатометрия.
- •Лабораторная работа
- •Иодометрия
- •Лабораторная работа
- •Комплексометрия
- •Лабораторная работа
- •Оптические методы анализа
- •Рефрактометрия
- •Лабораторная работа
- •Фотоэлектроколориметрия
- •Лабораторная работа
- •Лекция 4 скорость химических реакций. Химическое равновесие
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа
- •Опыт 4. Влияние катализатора на скорость реакции.
- •Лекция 5. Гидролиз солей
- •Лабораторная работа. Гидролиз солей
- •Контрольные вопросы:
- •Окислительно-восстановительные реакции
- •Затем определяем изменение степеней окисления атомов
- •Отсюда видно, что степень окисления изменяется у серы и марганца
- •Лабораторная работа. Окислительно-восстановительные реакции Опыт 1. Окислительные свойства kMnO4 в различных средах.
- •Лекция 6. Энергетика химических процессов. Элементы химической термодинамики.
- •Лабораторная работа
- •Лекция 7. Растворы неэлектролитов
- •Законы Рауля
- •Лабораторная работа Опыт 1. Приготовление пересыщенных растворов.
- •Объем заданного раствора –
- •Объяснение. Кристаллы гексацианоферрата калия, растворяясь в растворе, вступают во взаимодействие с сульфатом меди
- •Растворы электролитов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа
- •Лекция 8. Ионное произведение воды. Буферные растворы
- •Контрольные вопросы
- •1.Объяснить, почему рН буферного раствора при добавлении небольших количеств кислоты или щелочи остается постоянным?
- •4.Как влияет разбавление на буферную емкость
- •Лабораторная работа
- •Лекция 9 электрохимические процессы. Электродные потенциалы металлов. Гальванические элементы
- •Е. Стеклянным
- •Е. Стекляным
- •Лабораторная работа
- •Опыт 3. Вытеснение водорода из кислоты металлами.
- •Лекция 10-11 Поверхностные явления. Адсорбция
- •Адсорбция ↔ десорбция
- •Адсорбция на границе твердое тело-газ.
- •2.Теория Фрейндлиха.
- •3.Полимолекулярная адсорбция.
- •Адсорбция на границе раздела раствор-газ. Уравнение Гиббса
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа
- •Лекция 12 коллоидные системы
- •Коллоидная защита
- •Лабораторная работа. Получение коллоидных систем
- •Лекции14-15 растворы высокомолекулярных соединений
- •Общие свойства растворов вмс и коллоидных растворов.
- •Отличительные свойства вмс от коллоидов.
- •Свойства растворов вмс
- •Лабораторная работа. Растворы вмс Опыт 1. Действие ряда анионов на застудневание желатина.
- •Банк экзаменационных тестовых вопросов
- •Список литературы
- •Учебно-методический комплекс «Аналитическая, физическая и коллоидная химия»
Лекция 9 электрохимические процессы. Электродные потенциалы металлов. Гальванические элементы
Электрохимия - это раздел физической химии, в котором изучаются химические свойства ионных систем, а также процессы и явления на границе раздела фаз с участием заряженных частиц.
В физической химии рассматривают преимущественно такие электродвижущие силы, источником возникновения которых являются химические реакции. Прибор, в котором происходит превращение химической энергии в электрическую, называется гальваническим элементом или гальванической цепью. Примером гальванического элемента служит медно-цинковый элемент Якоби-Даниэля Он состоит из медной пластинки, опущенной в раствор сульфата меди, и цинковой пластинки, опущенной в раствор сульфата цинка. Растворы сообщаются между собой посредством жидкостного контакта или через пористую диафрагму, проницаемую для ионов. Медная и цинковая пластинки соединены проводником. На границе соприкосновения двух различных проводников происходит разноименная электризация их и возникает скачок или разность потенциалов. Потенциал, возникающий на границе между раствором его ионов, называется электродным, обозначается буквой ε.
Электродный потенциал возникает вследствие способности, ионов металла переходить из пластинки в раствор и обратно. При погружении цинковой пластинки, в водный раствор ее соли (ZnSO4) ионы цинка, расположенные на поверхности металла, гидратируются полярными молекулами воды и переходят из пластинки в раствор, оставляя на пластинке электроны, которые заряжают ее отрицательно.
Вследствие электростатического притяжения к цинковой пластинке притягиваются катионы цинка из раствора, чтo препятствует дальнейшему переходу ионов цинка в раствор, устанавливается подвижное равновесие, характеризующееся равенством скоростей перехода ионов металла в раствор и обратно. Таким образом, между металлом и раствором образуется двойной электрический слой и возникает скачок потенциала. Так как цинковая пластинка заряжается отрицательно, то такой электродный потенциал считается отрицательным. На медном электроде происходит иное явление: катионы меди переходят из раствора на пластинку в большем количестве, чем с поверхности металла в раствор, и медная пластинка заряжается положительно, а прилегающий к ней слой жидкости отрицательно и так же устанавливается подвижное равновесие. При соединении медной и цинковой пластинок металлическим проводником электроны, имеющиеся в избытке на цинковой пластинке, пойдут от цинка к меди, таким образом, между электродами возникает электрический ток. В растворе происходит перемещение сульфат-ионов в сторону цинкового электрода, ионов цинка в сторону медного электрода. По мере работы гальванического элемента происходит процесс растворения цинка и выделение меди, т. е. на цинковом электроде идет реакция окисления Zn-2е = Zn 2+ , а на медном - реакция восстановления Си 2+ + 2е = Си0. Таким образом, в каждом работающем гальваническом элементе происходит окислительно-восстановительный процесс, реакция окисления идет на отрицательном электроде, а реакция восстановления на положительном электроде.
Кроме электродных потенциалов, в гальваническом элементе возникают диффузионный и контактный потенциалы. Диффузионный потенциал возникает на границе двух растворов вследствие различия в подвижностях ионов. Диффузионные потенциалы могут возникать и в биологических объектах при повреждении, например, оболочек клеток. При этом нарушается избирательность их проницаемости и электролиты начинают диффундировать в клетку или из нее, в зависимости от разности концентраций. В результате диффузии электролитов возникает потенциал повреждения, который может достигать 30-40 милливольт. В тканях растительных и животных организмов, даже внутри одной клетки, имеются мембранные и диффузионные потенциалы, обусловленные химической и морфологической неоднородностью внутриклеточного содержимого. Различные причины приводят к освобождению и диффузии ионов, т.е. к появлению различных биопотенциалов и биотоков, которые имеют важное значение в саморегуляции живого организма. Обычно, диффузионный потенциал устраняется включением между электродными растворами раствора электролита, имеющего у обоих ионов одинаковую подвижность, чаще всего применяется насыщенный раствор хлорида калия. Контактный потенциал возникает на границе двух металлов вследствие перехода электронов от одного металла к другому, но значение контактного потенциала входит в качестве постоянного слагаемого в выражение электродных потенциалов и учитывается, при их определении. Таким образом, электродвижущая сила гальванического элемента равна разности электродных потенциалов:
Е = ε1 - ε2
Величина электродного потенциала зависит от природы металла и концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:
εе = ε о±0,059/n lgC
где ε - электродный потенциал; R - газовая постоянная; Т- абсолютная температура; F - число Фарадея; n - валентность ионов; С-концентрация ионов в растворе; ε° - стандартный (нормальный) электродный потенциал.
Стандартным (нормальным) электродным потенциалом называется электродный потенциал при концентрации ионов в растворе, равный 1 г-ион/л (точнее, вместо концентрации ионов следует поставить активность ионов, равную 1).
Величины стандартных электродных потенциалов определяются экспериментально, относительно нормального водородного электрода. Потенциал нормального водородного электрода условно принят равным нулю. Ряд металлов, расположенных по величине их электродных потенциалов, носит название ряда напряжений. Пользуясь рядом напряжений, можно рассчитать ЭДС гальванического элемента. Например, для медно-цинкового элемента, при равенстве концентраций катионов в двух полуэлементах, электродвижущая сила вычисляется по уравнению.
Е = ε Cu2+ -ε Zn2+ = 0,34 - (- 0,76) = 1,10 в.
На практике, при определении электродных потенциалов или концентраций ионов в растворе, необходимо иметь электроды с известной величиной электродного потенциала. В качестве таких электродов сравнения обычно употребляются водородный, каломельный и хингидронный электроды.
Водородный электрод состоит из платинированной платиновой пластинки, насыщенной молекулярным водородом и. погруженной в раствор, содержащий ионы водорода: (Pt) Н2|Н+,(Pt является индифферентным носителем молекулярного водорода и проводником электронов).
Если концентрация ионов водорода в растворе равна 1 г-ион/л и давление молекулярного водорода 1 атм., то такой водородный электрод называется нормальным. Так как потенциал нормального водородного электрода принят равным нулю, т. е. ε =0, то уравнение Нернста для водородного электрода имеет вид:
ε = - 0,059 lgCН+
Каломельный электрод представляет собой ртуть в контакте с раствором каломели и хлорида калия: Hg|Hg2Cl2, КС1
Каломель трудно растворимое соединение; следовательно, концентрация ионов ртути в растворе очень мала. Так как в растворе присутствует хорошо диссоциирующий хлорид калия, то концентрация ионов Hg22+ изменяется в зависимости от концентрации КС1, а поэтому потенциал этого электрода зависит от концентрации КС1 в растворе. Практически обычно применяются электроды с насыщенным раствором КС1, при 18°С ε кал = 0,2503 в.
Хиндгидронный электрод состоит из платиновой проволоки, опущенной в раствор, содержащий ионы водорода и хингидрон: Pt |хингидрон, Н+. Хингидронный электрод относится к окислительно-восстановительным, т.е. таким, у которых металл не принимает участия в электродной реакции, а является проводником электронов.
Хингидрон представляет собой двойное соединение хинона и гидрохинона малорастворимое в воде С6Н4О2+С6Н4(ОН)2.
Величина окислительно-восстановительного потенциала выражается уравнением Нернста:
εе = ε о+0,059/n lg [Ох] / [Red]
где [Ох] -концентрация окисленной формы; [Red] концентрация восстановленной формы.
Стандартный (нормальный) потенциал хингидронного электрода при 18°С
ε °хг = 0,7044 в.
Контрольные вопросы
1.Гальванический элемент, состоящий из двух окислительно–восстановительных электродов, называется…
2.К электродам первого рода относятся:
А.водородный в. хингидронный С.. стеклянный
Д.хлорсеребрянный Е.каломельный
3.К электродам второго рода относятся:
А. каломельный в. водородный С. стеклянный
Д.металлический Е.амальгамные
4.Стеклянный электрод относится к:
А. электродам 2 рода В. индикаторным С. окислительно-восстановительным Д.металлическим Е.амальгамным
5.К мембранным электродам относится:
А. Стеклянный в. хлорсеребрянный С.. каломельный Д.металлический Е.амальгамные
6. К электродам сравнения относится
А. каломельный в. хингидронный С. стеклянный
Д.металлический Е. водородный
7.К индикаторным электродам относятся…
8.Важнейшей количественной характеристикой гальванического элемента является…
9.Роль анода в гальваническом элементе выполняет металл…
10.Электрод, состоящий из металлической ртути в контакте с каломелью, помещенный в раствор хлорида калия, называется
А. Каломельным В. Хлорсеребряным С. Водородным D. Хингидронным
Е. Стеклянным
11. Электрод, состоящий из платиновой пластинки, ннасыщенной молекулярным водородом и погруженной в раствор содержащий ионы водорода, называется
А. Каломельным В. Хлорсеребряным С. Водородным D. Хингидронным