Химические источники тока

Каждый гальванический элемент состоит из двух электродов (окислительно-восстановительных пар), один из которых является поставщиком электронов (анод), а другой их принимает (катод). В гальванических элементах источником электрического тока является химическая реакция. Любая химическая реакция термодинамически разрешена, если ΔG < 0. Из соотношений ΔG = –nFE и ΔG^° = –nFE^°следует, что электрохимическая реакция, а в общем случае любая окислительно-восстановительная реакция может протекать самопроизвольно, если E > 0 или для стандартных условий E^° > 0.

ЭДС гальванического элемента равна разности электродных потенциалов составляющих его электродов. В соответствии с принятой формой записи гальванического элемента его ЭДС равна электродному потенциалу правого электрода (окислителя) минус электродный потенциал левого электрода (восстановителя). 

Пользуясь этими соотношениями и таблицей стандартных электродных потенциалов, можно предсказать возможность осуществления многих окислительно-восстановительных реакций.

В случае элемента Даниэля–Якоби (–)Zn¦Zn²⁺||Cu²⁺¦Cu(+) 

Для нестандартных условий ЭДС элемента Даниеля–Якоби находится из разности электродных потенциалов, вычисленных по уравнению Нернста: 

Экзаменационный билет № 17

1. Понятие о внутренней энергии. Первый закон термодинамики. Энтальпия, ее физи­ческий смысл.

2. Сплавы, интерметаллиды, композиционные материалы. Современные конструкционные материалы.

Ответ:

Внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.

Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Первый закон термодинамики: количество теплоты, полученное системой, идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы над внешними телами.

Энтальпия

Энтальпия системы (от греч. enthalpo нагреваю), однозначная функция H состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении P, связана с внутренней энергией U соотношением.

H = U + PV

В химии чаще всего рассматривают изобарические процессы (P = const), и тепловой эффект в этом случае называют изменением энтальпии системы или энтальпией процесса: 

 

ΔH = ΔU + PΔV

Энтальпия имеет размерность энергии (кДж). Ее величина пропорциональна количеству вещества; энтальпия единицы количества вещества (моль) измеряется в кДж∙моль^–1.

В термодинамической системе выделяющуюся теплоту химического процесса условились считать отрицательной (экзотермический процесс, ΔH < 0), а поглощение системой теплоты соответствует эндотермическому процессу, ΔH > 0.

Уравнения химических реакций с указанием энтальпии процесса называют термохимическими. Численные значения энтальпии ΔH указывают через запятую в кДж и относят ко всей реакции с учетом стехиометрических коэффициентов всех реагирующих веществ. Поскольку реагирующие вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях, то оно указывается нижним правым индексом в скобках: (т) – твердое, (к) – кристаллическое, (ж) – жидкое, (г) – газообразное, (р) – растворенное. Например, при взаимодействии газообразных H₂ и Cl₂ образуются два моля газообразного HCl. Термохимическое уравнение записывается так: 

Сплавы металлические, макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов),с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называют любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, оксидов, органических веществ и т. д.

Металлиды (металлические соединения), химические соединения металлов между собой (интерметаллиды), а также соединения переходных металлов с некоторыми более электроположительными элементами. Металлы могут входить в состав металлидов в стехиометрических соотношениях, образуя дальтониды, или в нестехиометрических, давая бертоллиды. Многие металлиды применяются как магнитные материалы, полупроводники, сверхпроводники. Композиционные материалы (композиты), материалы, образованные объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними. Характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности. Различают композиционные материалы волокнистые (упрочненные волокнами или нитевидными кристаллами), дисперсно-упрочненные (упрочнитель в виде дисперсных частиц) и слоистые (полученные прокаткой или прессованием разнородных материалов). По прочности, жесткости и др. свойствам превосходят обычные конструкционные материалы.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 18

1. Ионная, металлическая и водородная химические связи. Виды межмолекулярного взаи­модействия: ориентационное, индукционное и дисперсионное.

2. Количественные соотношения при электролизе: законы Фарадея, выход по току.

Ответ:

Ионная связь

электростатическое взаимодействие, которое осуществляется между ионами

ненаправленность	ненасыщаемость
	Na^+Cl^–

Металлическая связь

связь между всеми положительно заряженными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов.

Водородная связь

взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами одной или разных молекул посредством атома водорода: А−Н ... В

Е_св 15-40 кДж/моль

Межмолекулярное взаимодействие (силы Ван-дер-Ваальса)

1. Диполь-дипольное (ориентационное)

2. Индукционное

3. Дисперсионное

Закон Фарадея

В 1832 году Фарадей установил, что масса M вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду Q, прошедшему через электролит: если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности   называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.