ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Содержание

2. Раствор заряжается положительно. Металл заряжается отрицательно. Ппластина металла притягивает из раствора положительно заряженные ионы металла и
3. На границе Рt – Н2SО4 устанавливается равновесие: Н+(р) + е ↔ ½ Н2; ΔG = 0
4. Величина потенциала водородного электрода зависит от давления и рН среды. ЕН+/Н = -0,0295 lg рН2 –
5. Н2,Рt│Н+║Меn+│Ме аН+=1 Токообразующая реакция: Меn+ + 1/2 Н2 ↔ Ме + nН+
6. Электродный потенциал рассчитывается: Условия: Т≠250С, СМеn+≠1 моль/л: 2) Условия: Т=250С, СМеn+ ≠ 1 моль/л: 3) Условия:
7. Выводы из электро-химического ряда напряжений металла 1) Чем левее в ряду стоит металл, тем он активнее,
8. Устройства, которые превращают химическую энергию ОВР в электрическую называются гальваническим элементом. Е0Zn2+/Zn Цинк-анод, медь-катод А(-) Zn0
9. При работе этого элемента протекают процессы: Реакция окисления. Процессы окисления в электрохимии называются анодными, а электроды,
10. Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента называется электродвижущей силой (ЭДС)
11. Равновесные потенциалы электродов могут быть определены в условиях отсутствия в цепи тока. При прохождении электрического тока
12. Графическая зависимость потенциала от плотности тока называется поляризационной кривой. Величину поляризации электрода можно определить по разности
13. Электрохимические реакции протекают в три стадии: а) подвод реагентов к электроду; б) электрохимическая реакция; в) отвод
14. Изменение потенциала, обусловленное замедленностью электрохимической стадии называется электрохимической поляризацией или перенапряжением. Скорость электрохимической реакции увеличивается с
15. а и b определяют из графиков зависимости поляризации от логарифма плотности тока. Снижается перенапряжение применением электродов–катализаторов,
16. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ Гальванический первичный элемент - устройство для прямого преобразования химической энергии заключенных
17. Пример гальванического элемента Сухой марганцево-цинкового элемент: (+) MnО2, С│ NН4С1│Zn (+). На аноде: анодное окисление цинка
18. Топливные элементы Топливный элемент - окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе работы подаются
19. Свойства топливных элементов Топливные элементы имеют ЭДС=1,0 – 1,5 В. Напряжение меньше ЭДС. Снижение поляризации топливного
20. Аккумуляторы Аккумуляторы - устройства, в которых электрическая энергия превращается в химическую, а химическая – снова в
21. Схема работы свинцового аккумулятора: На аноде: На катоде: Суммарная реакция: Достоинства: высокий КПД, высокую ЭДС и
23. Скачать презентацию

Слайд 2

Раствор заряжается положительно.
Металл заряжается отрицательно.
Ппластина металла притягивает из раствора положительно

заряженные ионы металла и удерживает их вблизи его поверхности.
На границе металл – раствор образуется двойной электрический слой. Возникновение которого характеризуется электродным (ОВР) потенциалом: ЕМеn+/Ме или Еокисл/восст.

Потенциал, измеренный в стандартных условиях (t=250С, с=1 моль/л, для газообразных веществ р=101,3 кПа) называется стандартным потенциалом и обозначается Е0.

Слайд 3

На границе Рt – Н2SО4 устанавливается равновесие:
Н+(р) + е ↔

½ Н2; ΔG = 0

Слайд 4

Величина потенциала водородного электрода зависит от давления и рН среды.
ЕН+/Н =

-0,0295 lg рН2 – 0,059рН.
С увеличением давления и рН среды электродный потенциал уменьшается.
Е0Н2=0В.
Относительно водородного электрода померены потенциалы всех металлов.

Слайд 5

Н2,Рt│Н+║Меn+│Ме
аН+=1
Токообразующая реакция:
Меn+ + 1/2 Н2 ↔ Ме + nН+

Слайд 6

Электродный потенциал рассчитывается:
Условия: Т≠250С, СМеn+≠1 моль/л:
2) Условия: Т=250С, СМеn+ ≠ 1

моль/л:

3) Условия: Т=250С, СМеn+ = 1 моль/л:
ЕМеn+/Me= Е0Mеn+/Me
Для разбавленных растворов аМеn+=сМеn+.

Слайд 7

Выводы из электро-химического ряда напряжений металла
1) Чем левее в ряду стоит

металл, тем он активнее, тем легче отдает электроны, тем труднее его ионы принимают электроны, т.е. восстанавливаются.
2) Каждый металл вытесняет все следующие за ним в ряду металлы из растворов их солей.(кроме металлов левее магния, т.к. они сначала взаимодействуют с водой, вытесняя водород).
3)металлы, левее водорода, вытесняют водород из кислот не окислителей (НС1, СН3СООН, Н2SО4(р) и др.).
4)металлы, после водорода не могут вытеснять водород из кислот не окислителей.

Слайд 8

Устройства, которые превращают химическую энергию ОВР в электрическую называются гальваническим элементом.

Е0Zn2+/Zn < Е0Cu2+/Cu
Цинк-анод, медь-катод
А(-) Zn0 – 2е ↔ Zn+2
К(+)Cu+2 +2е ↔ Сu0
_______________________________
Cu+2 + Zn0 ↔ Сu0 + Zn+2.

Слайд 9

При работе этого элемента протекают процессы:
Реакция окисления. Процессы окисления в

электрохимии называются анодными, а электроды, на которых идут процессы окисления, называются анодами.
2) Реакция восстановления. Процессы восстановления в электрохимии называются катодными, а электроды, на которых идет восстановление, называются катодами.
3) Движение электронов во внешней цепи.
4) Движение ионов в растворе : анионов к аноду, а катионов к катоду.
Схема медно-цинкового гальванического элемента:
А(-)Zn│ Zn+2║ Cu+2│Сu (+)К
│______________↑
2е

Слайд 10

Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического

элемента называется электродвижущей силой (ЭДС) элемента.
ε=Ек – Еа
Стандартной называется ЭДС элемента, если парциальные давления исходных веществ и продуктов реакции равны 1 или активности исходных веществ и продуктов реакций равны 1.
Максимальная работа ГЭ:Wм.р=nFЕ.
Максимальная полезная работа: Wм.п.р=- ΔG.
Wм.р=Wм.п.р , поэтому ΔG =- nFЕ

Слайд 11

Равновесные потенциалы электродов могут быть определены в условиях отсутствия в цепи

тока. При прохождении электрического тока потенциал электродов изменяется.
Изменение потенциала электрода при прохождении тока называется поляризацией:
ΔЕ = Еi – Ер
В зависимости от площади электрода при одном и том же потенциале могут быть разные токи.
Отношение тока I к площади электрода называется плотностью тока i:
i=I/S.

Слайд 12

Графическая зависимость потенциала от плотности тока называется поляризационной кривой.
Величину

поляризации электрода
можно определить по разности
между потенциалом при прохождении
тока Еi и равновесным потенциалом Ер.
Для получения большего тока
необходимо большее отклонение
потенциала от его равновесного
значения. Т.о. скорость электрохимической
реакции можно увеличивать
увеличением поляризации.
Поляризация тем выше, чем больше плотность тока.

Слайд 13

Электрохимические реакции протекают в три стадии:
а) подвод реагентов к электроду;
б) электрохимическая

реакция;
в) отвод продуктов реакции от электрода
Изменение потенциала электрода, вследствие изменения концентрации реагентов в при электродном слое при прохождении тока называется концентрационной поляризацией.
Изменение концентрации реагентов вызывает замедленность подвода реагентов к электроду или отвода продуктов реакции от электрода.
С увеличением плотности тока увеличивается концентрационная поляризация.

Концентрационная поляризация уменьшается с увеличением коэффициента диффузии и концентрации реагента и уменьшении толщины диффузионного слоя.

Слайд 14

Изменение потенциала, обусловленное замедленностью электрохимической стадии называется электрохимической поляризацией или перенапряжением.
Скорость

электрохимической реакции увеличивается с увеличением температуры и использовании катализаторов, т.к. снижается энергия активации.
Связь между перенапряжением ΔЕэл. и плотностью тока: ΔЕэл = а + b lgi, где а и b – константы.
b зависит от природы реакции и температуры ( при 298 К обычно имеет значение 0,03 – 0,15; чаще 0,10 – 0,12).
а- зависит от природы реакции, материала электрода, состава раствора и температуры.

Слайд 15

а и b определяют из графиков зависимости поляризации от логарифма плотности

тока.
Снижается перенапряжение применением электродов–катализаторов, увеличением температуры, концентрации реагентов. Перенапряжение не зависит от перемешивания раствора.

Слайд 16

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ
Гальванический первичный элемент - устройство для прямого

преобразования химической энергии заключенных в них реагентов в электрическую.
Реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав гальванического элемента и расходуются в процессе работы. Является источником тока одноразового действия.
Характеристики ГЭ:
Напряжение элемента меньше ЭДС из-за поляризации электродов и омических потерь. При увеличении плотности тока U уменьшается.
2) ЭДС. При уменьшении концентрации реагентов ЭДС уменьшается.
3) Емкость элемента – это количество электричества, которое источник тока отдает при разрядке. При увеличении тока разряда и уменьшении температуры емкость элемента уменьшается.
4) Энергия элемента равна произведению его емкости на напряжение. Увеличивается с увеличением количества реагентов, запасенных в элементе, увеличением температуры, уменьшением тока разряда.
5) Удельная энергия- энергия, отнесенная к единице массы или объёма элемента. При увеличении тока удельная энергия элемента уменьшается.
6) Сохранимость - срок хранения элементов, в течение которого его характеристики остаются в заданных пределах. С увеличением температуры сохранимость уменьшается.

Слайд 17

Пример гальванического элемента
Сухой марганцево-цинкового элемент:
(+) MnО2, С│ NН4С1│Zn (+).
На аноде:

анодное окисление цинка
На катоде:
Mn (IV) восстанавливается до Mn(III). Токообразующая реакция:
Zn+NН4С1+2MnО2=[Zn(NН3)2]С12+2MnООН

Слайд 18

Топливные элементы
Топливный элемент - окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и

в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, элемент может работать длительное время.
Удельная энергия топливного элемента значительно выше энергии гальванических элементов.
Кислородно-водородной топливный элемент с щелочным электролитом:
Н2,М│КОН│М,О2
М – проводник 1-го рода, играющий роль катализатора электродного процесса и токоотвода.
На аноде: Н2 +2ОН- -2е = 2Н2О.
На катоде: ½ О2 + Н2О +2е = 2ОН-
Токообразующая реакция: Н2 + ½ О2 = Н2О.

Слайд 19

Свойства топливных элементов
Топливные элементы имеют ЭДС=1,0 – 1,5 В.
Напряжение меньше

ЭДС. Снижение поляризации топливного элемента достигается применением катализаторов, увеличением поверхности электродов, повышением температуры и концентрации (или давления) реагентов.
В отличии от ГЭ топливные могут работать без вспомогательных устройств. Для увеличения напряжения топливные элементы соединяются в батареи.
Установку состоящую из батарей топливных элементов, систем хранения, обработки и подвода топлива и окислителя, отвода продуктов реакции, поддержания и регулирования температуры в элементах, а также преобразования тока и напряжения, называют электрохимической энергоустановкой.
Эти установки преобразуют химическую энергию в электрическую и имеют более высокий КПД по сравнению с тепловыми машинами, меньше загрязняют окружающую среду.

Слайд 20

Аккумуляторы
Аккумуляторы - устройства, в которых электрическая энергия превращается в химическую, а

химическая – снова в электрическую.
Процесс накопления химической энергии –это заряд аккумулятора, процесс превращения химической энергии в электрическую – разряд аккумулятора.
При заряде аккумулятор работает как электролизер, при разрядке – как ГЭ.
Процессы зарядки и разрядки осуществляются многократно

Слайд 21

Схема работы свинцового аккумулятора:
На аноде:
На катоде:
Суммарная реакция:
Достоинства: высокий КПД, высокую

ЭДС и малое её изменением при разрядке.
Недостатки: большая удельная энергия, саморазряд аккумулятора при хранении и малых срок службы.

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Содержание

Раствор заряжается положительно.Металл заряжается отрицательно. Ппластина металла притягивает из раствора положительно

На границе Рt – Н2SО4 устанавливается равновесие: Н+(р) + е ↔

Величина потенциала водородного электрода зависит от давления и рН среды.ЕН+/Н =

Н2,Рt│Н+║Меn+│Ме аН+=1Токообразующая реакция: Меn+ + 1/2 Н2 ↔ Ме + nН+

Электродный потенциал рассчитывается:Условия: Т≠250С, СМеn+≠1 моль/л:2) Условия: Т=250С, СМеn+ ≠ 1

Выводы из электро-химического ряда напряжений металла1) Чем левее в ряду стоит

Устройства, которые превращают химическую энергию ОВР в электрическую называются гальваническим элементом.

При работе этого элемента протекают процессы: Реакция окисления. Процессы окисления в

Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического

Равновесные потенциалы электродов могут быть определены в условиях отсутствия в цепи

Графическая зависимость потенциала от плотности тока называется поляризационной кривой. Величину

Электрохимические реакции протекают в три стадии:а) подвод реагентов к электроду;б) электрохимическая

Изменение потенциала, обусловленное замедленностью электрохимической стадии называется электрохимической поляризацией или перенапряжением.Скорость