Физическая и коллоидная химия



страница6/7
Дата09.01.2013
Размер0.95 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7
Тема 7. Электродные потенциалы и гальванические цепи
Основные вопросы по теме

  1. Возникновение электродного потенциала на границе металл-электролит.

  2. Уравнение Нернста.

  3. Стандартный электродный потенциал.

  4. Электроды первого и второго рода.

  5. Уравнение Нернста для этих электродов.

  6. Водородный электрод.

  7. Гальванические цепи.

  8. ЭДС гальванического элемента.


Вопросы для самоконтроля

  1. Как возникает и от чего зависит электродный потенциал на границе металл – раствор?

  2. Какие виды электродов вам известны?

  3. Что такое «электроды сравнения»?

  4. Как выглядит уравнение Нернста применительно к каждому виду электродов?

  5. Что такое ЭДС?

  6. Как экспериментально определяют ЭДС?

  7. Чем отличается гальванический элемент от аккумулятора?

  8. Где используются гальванические элементы и аккумуляторы?


Электродный потенциал металла, погруженного в раствор его соли, вычисляется по уравнению Нернста:
,
если раствор разбавлен, то

.
Для 250С принимает вид
,
где n – число электронов в элементарной реакции (например, Zn0-2ē→Zn2+ n=2);

– стандартный электродный потенциал, определяемый при условии

= 1, Т = 298К, р = 1,013∙105 Н/м2 (1 атм) (см. табл. 6);

– концентрация, .
ЭДС – разность равновесных электродных потенциалов
Е = φ1φ2 (в).
При вычислении ЭДС из большего потенциала вычитается меньший, так как по определению ЭДС – величина положительная.

На электроде с большим потенциалом идет процесс восстановления:
Ме+n + nē → Ме0.
На электроде с меньшим потенциалом идет процесс окисления:
Ме0nē → Ме+n.


Пример
Вычислить электродвижущую силу гальванического элемента, составленного из Ag/Ag+ (CM = 0,01 моль/л) и Cd/Cd2+ (СМ = 0,05 моль/л). Напишите протекающую реакцию. Стандартные потенциалы взять из таблицы.

Решение
,
.
,
(см. тему 5).
Вычисляем ЭДС:
.
На серебряном электроде идет процесс восстановления:

Ag+ + ē = Ag0.

На кадмиевом электроде идет процесс окисления:

Cd0 – 2ē = Cd2+.

Суммируем оба процесса с учетом коэффициентов:
2Ag+ +2ē + Cd0 – 2ē = 2Ag0 + Cd2+;

окончательно

2Ag+ + Cd0 = 2Ag0 + Cd2+.
Задание 7
Вычислить электродвижущую силу окислительно-восстановитель­ного элемента, составленного из двух полуэлементов А и В. Напишите протекающую в нем реакцию. Стандартные потенциалы взять из табл. 6.
Расчетные данные


№ п/п

Полуэлемент А

Концентрация С, моль/л

Полуэлемент В

Концентрация С, моль/л

7.1

Co/Co(NO3)2

0,10

Ni/NiSO4

0,03

7.2

Co/Co(NO3)2

0,02

Cu/CuCl2

0,03

7.3

Ni/NiSO4

0,10

Co/Co (NO3)2

0,05

7.4

Ni/NiSO4

0,20

Cu/Cu (NO3)2

0,01

7.5

Cu/CuSO4

0,50

Cd/Cd (NO3)2

0,05

7.6

Cu/CuSO4

0,01

Cd/Cd (NO3)2

0,20

7.7

Cu/CuCl2

2,00

Cd/Cd SO4

0,30

7.8

Cu/CuCl2

0,20

Pb/Pb (NO3)2

0,03

7.9

Cu/CuCl2

0,06

Pb/Pb (NO3)2

0,20

7.10

Cu/CuCl2

0,02

Pb/Pb (NO3)2

0,30

7.11

Zn/ZnSO4

0,01

Ag/AgNO3

0,01

7.12

Zn/ZnSO4

0,02

Ag/AgNO3

0,02

7.13

Zn/ZnCl2

0,05

Ag/AgNO3

0,30

7.14

Zn/ZnCl2

0,01

Ni/NiSO4

0,50

7.15

Zn/ZnCl2

0,03

Ni/Ni (NO3)2

0,10

7.16

Ag/AgNO3

0,10

Zn/ZnSO4

0,20

7.17

Ag/AgNO3

0,20

Zn/ZnSO4

0,30

7.18

Ag/AgNO3

0,30

Zn/ZnCl2

0,10

7.19

Ag/AgNO3

0,50

Zn/Zn (NO3)2

0,20

7.20

Cd/Cd(NO3)2

0,20

Zn/Zn (NO3)2

0,30

7.21

Cd/Cd (NO3)2

0,70

Zn/Zn (NO3)2

0,10

7.22

Cd/Cd (NO3)2

0,80

Zn/ZnSO4

0,50

7.23

Cd/Cd SO4

0,05

Ni/NiSO4

0,70

7.24

Cd/Cd SO4

0,20

Ni/NiSO4

0,30

7.25

Cd/Cd SO4

0,02

Ni/NiSO4

0,05


Таблица 6

Стандартные электродные потенциалы при 250С


Электрод

Электродный процесс

Стандартный потенциал (в)

Ag/Ag+

Ag+Ag0

+ 0,799

Cd/Cd2+

Cd2+ + 2ēCd0

- 0,402

Co/Co2+

Co2++ 2ē Co0

- 0,270

Cu/Cu2+

Cu2+ + 2ēCu0

+ 0,340

Ni/Ni2+

Ni2+ + 2ēNi0

- 0,240

Pb/Pb2+

Pb2+ + 2ē Pb0

- 0,126

Zn/Zn2+

Zn2+ + 2ēZn0

- 0,760

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
Тема 8. Коллоидные системы

Основные вопросы по теме

  1. Поверхностные явления.

  2. Поверхностное натяжение.

  3. Зависимость от концентрации.

  4. Изотерма абсорбции Гиббса.

  5. Поверхностно-активные вещества.

  6. Абсорбция.

  7. Теория Лангмюра.

  8. Уравнения Лангмюра и Фрейндлиха.

  9. Коллоидные системы; получение.

  10. Оптические свойства коллоидов.

  11. Мицелла золя; строение.

  12. Электрокинетические свойства коллоидов.

  13. Коагуляция; порог коагуляции.

  14. Защитное число.


Вопросы для самоконтроля

  1. Что такое «поверхностное натяжение» и от чего оно зависит?

  2. Что такое «поверхностно-активное вещество»?

  3. Что такое «адсорбция» и от чего она зависит?

  4. Чем отличается адсорбция на границе газ – раствор от адсорбции на границе газ – твердое тело?

  5. Как получают коллоидные системы?

  6. В чем причина особенностей коллоидов?

  7. Как устроены мицеллы золей?

  8. Сформулируйте правило Пескова – Фаянса.

  9. Что такое «коагуляция»?

  10. Что такое «защитное число»?


Ионная адсорбция
Ионная адсорбция – адсорбция из растворов сильных электролитов. В этом случае растворенное вещество адсорбируется в виде ионов.

Особенности ионной адсорбции


  1. Адсорбируются заряженные частицы (ионы), а не молекулы.

  2. Адсорбция происходит только на полярных адсорбентах.

  3. Адсорбция сопровождается образованием двойного электрического слоя.

  4. Адсорбция является избирательной, т.е. на каждом данном адсорбенте катионы и анионы адсорбируются неодинаково.


Влияние химической природы ионов


  1. Особый интерес для коллоидной химии представляет адсорбция ионов поверхностью кристалла, в состав которого входят такие же или родственные ионы. В этом случае адсорбцию можно рассматривать как достройку кристаллической решетки способными адсорбироваться на ней ионами. Это позволило Пескову и Фаянсу сформулировать правило: на твердой поверхности преимущественно адсорбируются ионы, входящие в состав поверхности или имеющие родственную группировку (или изоморфные) ионам, входящим в состав поверхности.

  2. Чем больше заряд иона, тем сильнее ион притягивается противоположно заряженной поверхностью твердого тела, тем сильнее адсорбция:

K
.
+ << Ca2+ << Al3+ << Th4+

Усиление адсорбции

  1. Чем больше кристаллический радиус иона при одинаковом заряде, тем лучше он адсорбируется. В соответствии с этим ионы можно расположить в ряды по возрастающей способности к адсорбции:

Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+

Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+

C
.
l- < Br - < NO < J-

Адсорбционная способность возрастает
Пример
Коллоидный раствор получен в результате реакции обмена при смешении равных объемов растворов:

а) 0,001Н Pb(NO3)2 и 0,0005H HJ;

б) 0,01H Pb(NO3)2 и 0,02H HJ.

Определить, какой из двух электролитов (K2SO4 или CaCl2) будет иметь меньший порог коагуляции.

Решение:

1. Пишем уравнение реакции:

Pb(NO3)2 +2HJ = PbJ2↓+2HNO3 .

При заданных концентрациях будет избыток Pb(NO3)2. В результате реакции в растворе останутся следующие ионы: Pb2+, H+, NO-3.

Твердые частицы PbJ2 будут составлять ядро мицеллы золя. Поскольку неизвестно, сколько молекул PbJ2 составят ядро, то ставят коэффициент m.

Таким образом, ядроmPbJ2.

В соответствии с правилом избирательной адсорбции ионов Пескова-Фаянса на поверхности ядра будут адсорбироваться ионы Pb2+. Сколько – неизвестно, поэтому ставят коэффициент n.

Поэтому адсорбционный слой состоит из nPb2+. В результате адсорбции ядро приобретает положительный заряд (равный +2n). За счет электрического взаимодействия к положительно заряженному ядру будут притягиваться отрицательно заряженные ионы, т.е. NO; образуется слой противоионов. Известно (см. учебник), что полной компенсации заряда ядра в слое противоионов не происходит. Поэтому ставят коэффициент 2(n-x). Впереди коэффициент 2, так как для нейтрализации одного иона Pb2+ необходимо два иона NO.

Слой противоионов 2 (n-x) NO.

Сумма зарядов адсорбционного слоя и слоя противоионов будет составлять заряд гранулы:
(+2)∙ n + (-1) ∙ (2) ∙ (n - x) = +2n - 2n + 2x = +2x.
Окончательная нейтрализация заряда адсорбционного слоя ионов происходит в диффузионном слое ионов. Поскольку заряд гранулы +2х, то для нейтрализации понадобится 2∙х отрицательно заряженных ионов NO. В итоге диффузионный слой 2x NO. Составляем формулу мицеллы золя:

- гранула.
В соответствии с правилом Шульце-Гарди:

1) коагулирующий ион должен иметь заряд, противоположный заряду гранулы;

2) чем выше заряд иона, тем выше его коагулирующая способность.

Коагулировать этот золь будут отрицательно заряженные ионы.

Выше заряд у ионов SO. Поэтому меньший порог коагуляции будет иметь K2SO4.
2. В результате реакции при заданных концентрациях, в растворе останутся ионы: H+, J-, NO.

Ядро – mPbJ2.

В соответствии с правилом Пескова-Фаянса будут адсорбироваться ионы J-.

Адсорбционный слой n J-.

Слой противоионов (n - x)H+.

Заряд гранулы (-1) ∙ n + (+1)(n - x) = -x.

Диффузионный слой х ∙ Н+.

Составим схему строения мицеллы золя:

.

В соответствии с правилом Шульце-Гарди этот золь будут коагулировать положительно заряженные ионы. Выше заряд у иона Са2+. Поэтому меньше порог коагуляции будет иметь СаСl2.
Задание 8
Коллоидный раствор получен в результате реакции обмена при смешении равных объемов растворов А и В разных концентраций. Напишите и объясните формулу мицеллы золя и схему ее строения. Определите, какой из двух электролитов будет иметь меньший порог коагуляции.

Расчетные данные



п/п

Раствор А

Раствор В

Электролиты

8.1

0,005Н AgNO3

0,001H KJ

Ba(NO3)2, K2SO4

8.2

0,002H H2S

0,0001H Bi(OH)3

Ba(NO3)2, K2SO4

8.3

0,001H H3PO4

0,002H Bi(OH)3

K2SO4, BaCl2

8.4

0,09H Ba(OH)2

0,05H H2SO4

K2SO4, BaCl2

8.5

0,005H H2SO4

0,003H Ba(OH)2

AlCl3, KCl

8.6

0,008H AgNO3

0,004H HBr

Na2SO4, AlCl3

8.7

0,004H AgNO3

0,008H HBr

Ba(NO3)2, K2SO4




Продолжение

8.8

0,001H AuOH

0,003H HBr

MgCl2, K2SO4

8.9

0,005H H3AsO3

0,003H H2S

BaCl2, K2SO4

8.10

0,003H H3AsO3

0,005H H2S

BaCl2, K2SO4

8.11

0,005H Mg(OH)2

0,01H H3PO4

Na2SO4, AlCl3

8.12

0,01H Mg(OH)2

0,005H H3PO4

Na2SO4, AlCl3

8.13

0,0007H AgNO3

0,0001H KBr

Ca(NO2)3, K2SO4

8.14

0,0001H AgNO3

0,0008H KJ

AlCl3, K2SO4

8.15

0,003H FeCl3

0,001H NaOH

Al(NO3)3, NiSO4

8.16

0,005H Fe(NO3)2

0,008H KOH

K2SO4, MgCl2

8.17

0,002H Pb(NO3)2

0,001H H2S

MgCl2, CaCl2

8.18

0,001H Pb(NO3)2

0,0005H H2S

Ca(NO3)2, Na2SO4

8.19

0,002H Pb(NO3)2

0,001H KJ

Na2SO4, MgCl2

8.20

0,001H Pb(NO3)2

0,003H KJ

BaCl2, Na2SO4

8.21

0,005H CdCl2

0,001H H2S

AlCl3, K3PO4

8.22

0,01H Cd(NO3)2

0,03H H2S

Al(NO3)3, Na2SO4

8.23

0,003H AgNO3

0,002H HJ

AlCl3, K3PO4

8.24

0,01H AgNO3

0,002H HJ

MgCl2, K2SO4

8.25

0,003H AgNO3

0,01H H2S

Ca(NO3)2, Na2SO4


1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Физическая и коллоидная химия icon02. 00. 11 Коллоидная химия
Коллоидная химия раздел химической науки, изучающий свойства и превращения вещества в дисперсном и ультрадисперсном состояниях и...
Физическая и коллоидная химия iconРабочая учебная программа дисциплины Физическая и коллоидная химия Направление подготовки 210100 Электроника и наноэлектроника

Физическая и коллоидная химия iconПеречень научных специальностей Высшей аттестационной комиссии (вак) Российской Федерации
Электрохимия; Высокомолекулярные соединения; Xимия элементоорганических соединений; Химия высоких энергий; Биоорганическая химия;...
Физическая и коллоидная химия iconВопросы к зачету по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»
Предмет физической химии и её значение в сельском хозяйстве. Роль ученых в развитии физической химии
Физическая и коллоидная химия iconПрограмма вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 02. 00. 04. «Физическая химия» (02. 00. 00 Химические науки, специальность 02. 00. 04 Физическая химия)
Советом по химии умо по классическому университетскому образованию 29. 04. 2002 и на основании Государственного образовательного...
Физическая и коллоидная химия iconРабочая учебная программа утверждена на заседании кафедры неорганической химии
Неорганическая химия, 02. 00. 02 Аналитическая химия, 02. 00. 03 Органическая химия, 02. 00. 04 Физическая химия) и студентов старших...
Физическая и коллоидная химия iconК единому экзамену по русскому языку I. Чтение
Нанотехнология, нанонаука, это наука и технология коллоидных систем, это коллоидная химия, коллоидная физика, молекулярная биология,...
Физическая и коллоидная химия iconПрограмма дисциплины дпп. Ф. 05 Физическая химия
Физическая химия является одной из фундаментальных дисциплин современного естествознания, формирующих научное представление об окружающем...
Физическая и коллоидная химия iconПрограмма вступительного испытания (собеседование/устный экзамен) по дисциплинам «Неорганическая химия»
«Неорганическая химия», «Аналитическая химия», «Физическая химия» и «Органическая химия»
Физическая и коллоидная химия iconРабочей программы дисциплины б. 4 «Физическая химия»
Дисциплина «Физическая химия» является частью цикла Б2 «Математический и естественнонаучный цикл» дисциплин подготовки студентов...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org