Pansin! Ang paglalarawan sa ibaba ay isang reference na materyal, hindi ito nakalista sa vinyl chart na ito!
ISANG MALIIT NA KURSO NG ELECTROCHEMISTRY NG MGA METAL
Nakilala na natin ang electrolysis ng mga solusyon ng alkali metal chlorides at ang paggawa ng mga metal gamit ang mga natutunaw. Ngayon subukan natin ang ilang simpleng mga eksperimento upang pag-aralan ang ilan sa mga batas ng electrochemistry ng mga may tubig na solusyon, mga galvanic cell, at pamilyar din sa paggawa ng mga protective galvanic coatings.
Ang mga pamamaraan ng electrochemical ay ginagamit sa modernong analitikong kimika, nagsisilbi upang matukoy ang pinakamahalagang dami ng teoretikal na kimika.
Sa wakas, ang kaagnasan ng mga bagay na metal, na nagiging sanhi ng malaking pinsala Pambansang ekonomiya, sa karamihan ng mga kaso ay isang prosesong electrochemical.
HANAY NG VOLTAGE NG MGA METAL
Ang pangunahing link para sa pag-unawa sa mga proseso ng electrochemical ay ang serye ng boltahe ng mga metal. Maaaring isaayos ang mga metal sa isang hilera na nagsisimula sa reaktibo at nagtatapos sa hindi gaanong reaktibo na mga marangal na metal:
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Be, Mn, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
Ito ay kung paano, ayon sa pinakabagong mga ideya, isang serye ng mga boltahe para sa pinakamahalagang mga metal at hydrogen. Kung ang mga electrodes ng isang galvanic cell ay ginawa mula sa alinmang dalawang metal ng isang hilera, pagkatapos ay isang negatibong boltahe ang lilitaw sa materyal na nauuna sa hilera.
Halaga ng boltahe ( potensyal na electrochemical) depende sa posisyon ng elemento sa serye ng boltahe at sa mga katangian ng electrolyte.
Itatatag namin ang kakanyahan ng serye ng boltahe mula sa ilang simpleng mga eksperimento, kung saan kailangan namin ng kasalukuyang mapagkukunan at mga instrumento sa pagsukat ng elektrikal.
Mga metal coating, "puno" at "mga pattern ng yelo" na walang kasalukuyang
I-dissolve natin ang tungkol sa 10 g ng crystalline copper sulfate sa 100 ML ng tubig at isawsaw ang isang bakal na karayom o isang piraso ng bakal na sheet sa solusyon. (Inirerekumenda namin na linisin mo muna ang bakal sa isang makintab gamit ang isang manipis na tela ng emery.) Pagkaraan ng maikling panahon, ang bakal ay tatakpan ng isang mapula-pula na layer ng inilabas na tanso. Ang mas aktibong bakal ay nag-aalis ng tanso mula sa solusyon, na ang bakal ay natutunaw bilang mga ion at ang tanso ay pinalaya bilang isang metal. Ang proseso ay nagpapatuloy hangga't ang solusyon ay nakikipag-ugnayan sa bakal. Sa sandaling masakop ng tanso ang buong ibabaw ng bakal, ito ay halos titigil. Sa kasong ito, ang isang medyo porous na layer ng tanso ay nabuo, upang ang mga proteksiyon na patong ay hindi maaaring makuha nang walang paggamit ng kasalukuyang.
Sa mga sumusunod na eksperimento, ibababa namin ang maliliit na piraso ng zinc at lead tin sa solusyon ng tansong sulpate. Pagkatapos ng 15 minuto, ilabas ang mga ito, banlawan at suriin sa ilalim ng mikroskopyo. Makakakita tayo ng magagandang, parang yelo na mga pattern na pula sa sinasalamin na liwanag at binubuo ng liberated na tanso. Dito rin, mas maraming aktibong metal ang naglipat ng tanso mula sa ionic patungo sa estadong metal.
Sa turn, ang tanso ay maaaring palitan ang mga metal na mas mababa sa serye ng mga boltahe, iyon ay, hindi gaanong aktibo. Sa isang manipis na strip ng sheet na tanso o sa isang pipi na tansong wire (na dati nang nalinis ang ibabaw sa isang shine), nag-aaplay kami ng ilang patak ng isang solusyon ng silver nitrate. Sa mata, posibleng mapansin ang nabuong maitim na patong, na sa ilalim ng isang mikroskopyo sa masasalamin na liwanag ay mukhang manipis na mga karayom at mga pattern ng halaman (ang tinatawag na mga dendrite).
Upang ihiwalay ang zinc nang walang kasalukuyang, kinakailangan na gumamit ng isang mas aktibong metal. Hindi kasama ang mga metal na marahas na nakikipag-ugnayan sa tubig, nakita namin ang magnesium sa mga serye ng mga stress sa itaas ng zinc. Naglalagay kami ng ilang patak ng zinc sulfate solution sa isang piraso ng magnesium tape o sa isang manipis na chip ng isang elektron. solusyon ng zinc sulfatenakukuha natin ito sa pamamagitan ng pagtunaw ng isang piraso ng zinc sa dilute sulfuric acid. Kasabay ng zinc sulfate, magdagdag ng ilang patak ng denatured alcohol. Sa magnesiyo, pagkatapos ng maikling panahon, napapansin natin, lalo na sa ilalim ng mikroskopyo, ang zinc na nahiwalay sa anyo ng mga manipis na kristal.
Sa pangkalahatan, ang sinumang miyembro ng serye ng boltahe ay maaaring pilitin sa labas ng solusyon, kung saan ito ay nasa anyo ng isang ion, at ilipat sa metal na estado. Gayunpaman, kapag sinusubukan ang lahat ng uri ng mga kumbinasyon, maaari tayong mabigo. Tila na kung ang isang strip ng aluminyo ay nahuhulog sa mga solusyon ng mga asin ng tanso, bakal, tingga at sink, ang mga metal na ito ay dapat na namumukod dito. Ngunit ito, gayunpaman, ay hindi nangyayari. Ang dahilan para sa pagkabigo ay hindi nakasalalay sa isang error sa serye ng mga boltahe, ngunit batay sa isang espesyal na pagsugpo sa reaksyon, na sa kasong ito dahil sa isang manipis na oxide film sa ibabaw ng aluminyo. Sa ganitong mga solusyon, ang aluminyo ay tinatawag na passive.
TINGNAN NATIN BEYOND THE SCENE
Upang mabuo ang mga pattern ng mga patuloy na proseso, maaari nating paghigpitan ang ating sarili sa pagsasaalang-alang ng mga kation, at ibukod ang mga anion, dahil sila mismo ay hindi nakikilahok sa reaksyon. (Gayunpaman, ang uri ng mga anion ay nakakaapekto sa rate ng pag-deposito.) Kung, para sa pagiging simple, ipinapalagay namin na ang parehong liberated at dissolved na mga metal ay nagbibigay ng dobleng sisingilin na mga kasyon, pagkatapos ay maaari naming isulat:
Ako 1 + Ako 2 2+ = Ako 1 2+ + Ako 2
saka, para sa unang eksperimento Me 1 = Fe, Me 2 = Сu.
Kaya, ang proseso ay binubuo sa pagpapalitan ng mga singil (mga electron) sa pagitan ng mga atomo at mga ion ng parehong mga metal. Kung hiwalay nating isaalang-alang (bilang mga intermediate na reaksyon) ang pagkatunaw ng bakal o ang pag-ulan ng tanso, makukuha natin:
Fe = Fe 2+ + 2 e --
Sa 2+ + 2 e--=Cu
Ngayon isaalang-alang ang kaso kapag ang metal ay nahuhulog sa tubig o sa isang solusyon ng asin, na may kasyon kung saan imposible ang palitan dahil sa posisyon nito sa serye ng mga boltahe. Sa kabila nito, ang metal ay may posibilidad na pumunta sa solusyon sa anyo ng isang ion. Sa kasong ito, ang metal na atom ay nagbibigay ng dalawang electron (kung ang metal ay divalent), ang ibabaw ng metal na nahuhulog sa solusyon ay negatibong sisingilin na may paggalang sa solusyon, at isang double electric layer ay nabuo sa interface. Ang potensyal na pagkakaiba na ito ay pumipigil sa karagdagang paglusaw ng metal, upang ang proseso ay huminto sa lalong madaling panahon.
Kung ang dalawang magkaibang mga metal ay nahuhulog sa isang solusyon, sila ay parehong sisingilin, ngunit ang hindi gaanong aktibo ay medyo mahina, dahil sa katotohanan na ang mga atomo nito ay hindi gaanong madaling mahati ang mga electron.
Ikonekta ang parehong mga metal sa isang konduktor. Dahil sa potensyal na pagkakaiba, ang daloy ng mga electron ay dadaloy mula sa mas aktibong metal patungo sa hindi gaanong aktibo, na bumubuo sa positibong poste ng elemento. Ang isang proseso ay nagaganap kung saan ang mas aktibong metal ay napupunta sa solusyon, at ang mga kasyon mula sa solusyon ay inilabas sa mas marangal na metal.
Kakanyahan ng isang galvanic cell
Ilarawan natin ngayon sa ilang mga eksperimento ang nasa itaas na medyo abstract na pangangatwiran (na, bukod dito, ay isang gross simplification).
Una, punan ang isang beaker na may kapasidad na 250 ml hanggang sa gitna ng isang 10% sulfuric acid solution at isawsaw ang hindi masyadong maliliit na piraso ng zinc at tanso dito. Naghinang o nag-rivet kami ng tansong kawad sa parehong mga electrodes, ang mga dulo nito ay hindi dapat hawakan ang solusyon.
Hangga't ang mga dulo ng kawad ay hindi konektado sa isa't isa, mapapansin natin ang paglusaw ng zinc, na sinamahan ng paglabas ng hydrogen. Ang zinc, tulad ng mga sumusunod mula sa serye ng boltahe, ay mas aktibo kaysa sa hydrogen, kaya maaaring ilipat ng metal ang hydrogen mula sa ionic na estado. Ang parehong mga metal ay bumubuo ng isang elektrikal na double layer. Ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga electrodes ay pinakamadaling makita sa isang voltmeter. Kaagad pagkatapos na i-on ang aparato sa circuit, ang arrow ay magpapahiwatig ng humigit-kumulang 1 V, ngunit pagkatapos ay mabilis na bumaba ang boltahe. Kung ikinonekta mo ang isang maliit na bombilya sa elemento na kumonsumo ng boltahe ng 1 V, pagkatapos ay sisindi ito - sa una ay medyo malakas, at pagkatapos ay ang glow ay magiging mahina.
Sa pamamagitan ng polarity ng mga terminal ng aparato, maaari nating tapusin na ang tansong elektrod ay isang positibong poste. Mapapatunayan ito kahit na walang aparato sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa electrochemistry ng proseso. Maghanda tayo ng isang puspos na solusyon ng table salt sa isang maliit na beaker o sa isang test tube, magdagdag ng humigit-kumulang 0.5 ml ng solusyon ng alkohol ng phenolphthalein indicator at isawsaw ang parehong mga electrodes na sarado na may wire sa solusyon. Malapit sa negatibong poste, makikita ang bahagyang mapula-pula na kulay, na sanhi ng pagbuo ng sodium hydroxide sa katod.
Sa iba pang mga eksperimento, ang isa ay maaaring maglagay ng iba't ibang mga pares ng mga metal sa cell at matukoy ang nagresultang boltahe. Halimbawa, ang magnesiyo at pilak ay magbibigay ng isang partikular na malaking potensyal na pagkakaiba dahil sa makabuluhang distansya sa pagitan ng mga ito sa isang serye ng mga boltahe, habang ang zinc at iron, sa kabaligtaran, ay magbibigay ng isang napakaliit, mas mababa sa isang ikasampu ng isang bolta. Gamit ang aluminyo, hindi kami makakakuha ng halos anumang kasalukuyang dahil sa pagwawalang-bahala.
Ang lahat ng mga elementong ito, o, gaya ng sinasabi ng mga electrochemist, mga circuit, ay may kawalan na kapag ang isang kasalukuyang kinuha, ang boltahe ay bumaba nang napakabilis sa kanila. Samakatuwid, palaging sinusukat ng mga electrochemist ang tunay na halaga ng boltahe sa isang de-energized na estado gamit ang paraan ng kompensasyon ng boltahe, iyon ay, sa pamamagitan ng paghahambing nito sa boltahe ng isa pang kasalukuyang mapagkukunan.
Isaalang-alang natin ang mga proseso sa elemento ng tanso-sink nang mas detalyado. Sa cathode, ang zinc ay napupunta sa solusyon ayon sa sumusunod na equation:
Zn = Zn2+ + 2 e --
Ang mga sulfuric acid na hydrogen ions ay pinalabas sa tansong anode. Nakakabit sila ng mga electron na dumarating sa wire mula sa zinc cathode at bilang resulta, nabuo ang mga bula ng hydrogen:
2H + + 2 e-- \u003d H 2
Pagkatapos ng maikling panahon, ang tanso ay tatakpan ng isang manipis na layer ng mga bula ng hydrogen. Sa kasong ito, ang tansong elektrod ay magiging isang hydrogen electrode, at ang potensyal na pagkakaiba ay bababa. Ang prosesong ito ay tinatawag na electrode polarization. Ang polariseysyon ng tansong elektrod ay maaaring alisin sa pamamagitan ng pagdaragdag ng kaunting potassium dichromate solution sa cell pagkatapos ng pagbaba ng boltahe. Pagkatapos nito, ang boltahe ay tataas muli, dahil ang potassium dichromate ay mag-oxidize ng hydrogen sa tubig. Ang potasa dichromate ay kumikilos sa kasong ito bilang isang depolarizer.
Sa pagsasagawa, ginagamit ang mga galvanic circuit, na ang mga electrodes ay hindi polarized, o mga circuit, ang polariseysyon na maaaring alisin sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga depolarizer.
Bilang isang halimbawa ng isang elementong hindi napolarize, isaalang-alang ang elementong Daniell, na kadalasang ginagamit noong nakaraan bilang kasalukuyang pinagmulan. Ito rin ay isang elemento ng tanso-sinc, ngunit ang parehong mga metal ay nahuhulog sa iba't ibang mga solusyon. Ang zinc electrode ay inilalagay sa isang porous clay cell na puno ng dilute (mga 20%) sulfuric acid. Ang clay cell ay sinuspinde sa isang malaking beaker na naglalaman ng isang puro solusyon ng tansong sulpate, at sa ilalim ay may isang layer ng tansong sulpate na kristal. Ang pangalawang elektrod sa sisidlan na ito ay isang silindro ng copper sheet.
Ang elementong ito ay maaaring gawin mula sa isang glass jar, isang commercially available na clay cell (sa matinding kaso, gumamit ng flower pot, pagsasara ng butas sa ibaba) at dalawang electrodes na may angkop na laki.
Sa panahon ng pagpapatakbo ng elemento, ang zinc ay natutunaw sa pagbuo ng zinc sulfate, at ang mga tansong ion ay inilabas sa tansong elektrod. Ngunit sa parehong oras, ang tansong elektrod ay hindi polarized at ang elemento ay nagbibigay ng isang boltahe ng tungkol sa 1 V. Sa totoo lang, theoretically, ang boltahe sa mga terminal ay 1.10 V, ngunit kapag kumukuha ng kasalukuyang, sinusukat namin ang isang bahagyang mas mababang halaga, dahil sa electrical resistance ng cell.
Kung hindi natin aalisin ang kasalukuyang mula sa cell, dapat nating alisin ang zinc electrode mula sa sulfuric acid solution, dahil kung hindi, ito ay matutunaw upang bumuo ng hydrogen.
Ang isang diagram ng isang simpleng cell, na hindi nangangailangan ng porous partition, ay ipinapakita sa figure. Ang zinc electrode ay matatagpuan sa glass jar sa itaas, at ang tansong electrode ay matatagpuan malapit sa ibaba. Ang buong cell ay puno ng isang saturated sodium chloride solution. Sa ilalim ng garapon ay nagbubuhos kami ng isang dakot ng tansong sulpate na kristal. Ang resultang puro solusyon ng tansong sulpate ay mahahalo sa karaniwang solusyon ng asin nang napakabagal. Samakatuwid, sa panahon ng pagpapatakbo ng cell, ang tanso ay ilalabas sa tansong elektrod, at ang zinc sa anyo ng sulfate o chloride ay matutunaw sa itaas na bahagi ng cell.
Gumagamit na ngayon ang mga baterya ng halos eksklusibong mga dry cell, na mas maginhawang gamitin. Ang kanilang ninuno ay ang elemento ng Leclanchet. Ang mga electrodes ay isang zinc cylinder at isang carbon rod. Ang electrolyte ay isang paste na pangunahing binubuo ng ammonium chloride. Ang zinc ay natutunaw sa paste, at ang hydrogen ay inilabas sa karbon. Upang maiwasan ang polariseysyon, ang carbon rod ay ibinababa sa isang linen na bag na may pinaghalong coal powder at pyrolusite. Ang carbon powder ay nagdaragdag sa ibabaw ng elektrod, at ang pyrolusite ay kumikilos bilang isang depolarizer, na dahan-dahang nag-oxidize ng hydrogen.
Totoo, ang depolarizing na kakayahan ng pyrolusite ay mas mahina kaysa sa naunang nabanggit na potassium dichromate. Samakatuwid, kapag ang kasalukuyang ay natanggap sa mga tuyong selula, ang boltahe ay mabilis na bumababa, sila " mapagod"dahil sa polariseysyon. Pagkaraan lamang ng ilang oras ang oksihenasyon ng hydrogen ay nangyayari sa pyrolusite. Kaya, ang mga elemento" magpahinga", kung hindi ka pumasa sa kasalukuyang para sa ilang oras. Suriin natin ito sa isang baterya ng flashlight, kung saan ikinonekta namin ang isang bombilya. Parallel sa lamp, iyon ay, direkta sa mga terminal, ikinonekta namin ang isang voltmeter.
Sa una, ang boltahe ay magiging tungkol sa 4.5 V. (Kadalasan, tatlong mga cell ay konektado sa serye sa naturang mga baterya, bawat isa ay may teoretikal na boltahe na 1.48 V.) Pagkaraan ng ilang sandali, ang boltahe ay bababa, ang ilaw na bombilya ay humina. Sa pamamagitan ng pagbabasa ng voltmeter, mahuhusgahan natin kung gaano katagal kailangang magpahinga ang baterya.
Ang isang espesyal na lugar ay inookupahan ng mga regenerating na elemento, na kilala bilang mga nagtitipon. Ang mga nababalikang reaksyon ay nagaganap sa mga ito, at maaari silang ma-recharge pagkatapos ma-discharge ang cell sa pamamagitan ng pagkonekta sa isang panlabas na pinagmumulan ng DC.
Sa kasalukuyan, ang mga lead-acid na baterya ang pinakakaraniwan; sa kanila, ang electrolyte ay dilute sulfuric acid, kung saan ang dalawang lead plate ay nahuhulog. Ang positibong elektrod ay pinahiran ng lead dioxide PbO 2, ang negatibong elektrod ay metal na tingga. Ang boltahe sa mga terminal ay humigit-kumulang 2.1 V. Kapag naglalabas, ang lead sulfate ay nabuo sa parehong mga plato, na muling nagiging metal na tingga at nagiging lead peroxide habang nagcha-charge.
PLATED COATINGS
Pag-ulan ng mga metal mula sa may tubig na mga solusyon gamit agos ng kuryente ay ang kabaligtaran na proseso ng electrolytic dissolution, na nakilala namin kapag isinasaalang-alang ang mga galvanic cell. Una sa lahat, suriin natin ang pag-ulan ng tanso, na ginagamit sa isang tansong coulometer upang sukatin ang dami ng kuryente.
Ang metal ay idineposito ng kasalukuyang
Ang pagkakaroon ng baluktot sa mga dulo ng dalawang plato ng manipis na sheet na tanso, isinasabit namin ang mga ito sa tapat ng mga dingding ng isang beaker o, mas mabuti, isang maliit na aquarium na salamin. Ikinakabit namin ang mga wire sa mga plato na may mga terminal.
Electrolyte maghanda ayon sa sumusunod na recipe: 125 g ng crystalline copper sulfate, 50 g ng concentrated sulfuric acid at 50 g ng alkohol (denatured alcohol), ang natitira ay tubig hanggang sa 1 litro. Upang gawin ito, unang matunaw ang tansong sulpate sa 500 ML ng tubig, pagkatapos ay maingat, sa maliliit na bahagi, idagdag. sulpuriko acid (Pagpainit! Baka tumalsik ang likido!), pagkatapos ay ibuhos sa alkohol at magdala ng tubig sa dami ng 1 litro.
Pinupuno namin ang coulometer ng inihandang solusyon at kasama ang isang variable resistance, isang ammeter at isang lead na baterya sa circuit. Sa tulong ng paglaban, inaayos namin ang kasalukuyang upang ang density nito ay 0.02-0.01 A / cm 2 ng ibabaw ng elektrod. Kung ang copper plate ay may sukat na 50 cm 2, kung gayon ang kasalukuyang lakas ay dapat nasa hanay na 0.5-1 A.
Pagkaraan ng ilang oras, ang mapusyaw na pulang metal na tanso ay magsisimulang mamuo sa cathode (negatibong elektrod), at ang tanso ay mapupunta sa solusyon sa anode (positibong elektrod). Upang linisin ang mga plato ng tanso, magpapasa kami ng isang kasalukuyang sa coulometer nang halos kalahating oras. Pagkatapos ay inilabas namin ang katod, maingat na tuyo ito ng filter na papel at tumpak na timbangin ito. Nag-install kami ng isang elektrod sa cell, isara ang circuit gamit ang isang rheostat at mapanatili ang isang pare-pareho ang kasalukuyang, halimbawa 1 A. Pagkatapos ng isang oras, binuksan namin ang circuit at timbangin muli ang pinatuyong katod. Sa isang kasalukuyang 1 A bawat oras ng operasyon, ang masa nito ay tataas ng 1.18 g.
Samakatuwid, ang isang halaga ng kuryente na katumbas ng 1 ampere-hour, kapag dumadaan sa isang solusyon, ay maaaring maglabas ng 1.18 g ng tanso. O sa pangkalahatan: ang dami ng substance na inilabas ay direktang proporsyonal sa dami ng kuryenteng dumaan sa solusyon.
Upang ihiwalay ang 1 katumbas ng isang ion, kinakailangang dumaan sa solusyon ang isang halaga ng kuryente na katumbas ng produkto ng electrode charge e at ang numero ng Avogadro N A:
e*N A \u003d 1.6021 * 10 -19 * 6.0225 * 10 23 \u003d 9.65 * 10 4 A * s * mol -1 Ang halagang ito ay ipinahiwatig ng simbolo F at pinangalanan sa nakatuklas ng mga quantitative laws ng electrolysis Numero ng Faraday(eksaktong halaga F- 96 498 A * s * mol -1). Samakatuwid, upang ihiwalay ang isang naibigay na bilang ng mga katumbas mula sa isang solusyon n e sa pamamagitan ng solusyon, isang halaga ng kuryente na katumbas ng F*n e A * s * mol -1. Sa ibang salita,
ako*t =F*n e dito ako- kasalukuyang, t ay ang oras na kinakailangan para sa kasalukuyang dumaan sa solusyon. Sa kabanata" Mga Pangunahing Kaalaman sa Titration"Naipakita na ang bilang ng mga katumbas ng isang sangkap n e ay katumbas ng produkto ng bilang ng mga moles sa pamamagitan ng katumbas na bilang:
n e = n*Z Kaya naman:
ako*t = F*n*Z
Sa kasong ito Z- ion charge (para sa Ag + Z= 1, para sa Cu 2+ Z= 2, para sa Al 3+ Z= 3, atbp.). Kung ipahayag natin ang bilang ng mga moles bilang ratio ng masa sa molar mass ( n = m / M), pagkatapos ay nakakakuha kami ng isang formula na nagbibigay-daan sa iyo upang kalkulahin ang lahat ng mga proseso na nagaganap sa panahon ng electrolysis:
ako*t =F*m*Z / M
Gamit ang formula na ito, maaari mong kalkulahin ang kasalukuyang:
ako = F*m*Z/(t*M)\u003d 9.65 * 10 4 * 1.18 * 2 / (3600 * 63.54) A * s * g * mol / (s * mol * g) \u003d 0.996 A
Kung ipinakilala namin ang ratio para sa gawaing elektrikal W email
W email = U*I*t at W email / U = ako*t
pagkatapos ay alam ang tensyon U, maaari mong kalkulahin:
W email = F*m*Z*U/M
Maaari mo ring kalkulahin kung gaano katagal para sa electrolytic release ng isang tiyak na halaga ng isang substance, o kung gaano karami ng isang substance ang ilalabas sa isang partikular na oras. Sa panahon ng eksperimento, ang kasalukuyang density ay dapat mapanatili sa loob ng tinukoy na mga limitasyon. Kung ito ay mas mababa sa 0.01 A / cm 2, kung gayon masyadong maliit na metal ang ilalabas, dahil ang mga tanso (I) na ion ay bahagyang mabubuo. Kung ang kasalukuyang density ay masyadong mataas, ang pagdirikit ng patong sa elektrod ay magiging mahina, at kapag ang elektrod ay tinanggal mula sa solusyon, maaari itong gumuho.
Sa pagsasagawa, ang mga galvanic coatings sa mga metal ay pangunahing ginagamit upang maprotektahan laban sa kaagnasan at upang makakuha ng isang mirror finish.
Bilang karagdagan, ang mga metal, lalo na ang tanso at tingga, ay dinadalisay ng anodic dissolution at kasunod na paghihiwalay sa cathode (electrolytic refining).
Upang maglagay ng bakal na may tanso o nikel, kailangan mo munang linisin nang lubusan ang ibabaw ng bagay. Upang gawin ito, polish ito ng elutriated chalk at sunud-sunod na degrease ito ng isang dilute solution ng caustic soda, tubig at alkohol. Kung ang bagay ay natatakpan ng kalawang, kinakailangan na i-pickle ito nang maaga sa isang 10-15% sulfuric acid solution.
Ilalagay namin ang nalinis na produkto sa isang electrolytic bath (isang maliit na aquarium o isang beaker), kung saan ito ay magsisilbing isang katod.
Ang solusyon para sa paglalapat ng tansong kalupkop ay naglalaman ng 250 g ng tansong sulpate at 80-100 g ng puro sulfuric acid sa 1 litro ng tubig (Mag-ingat!). Sa kasong ito, ang isang tansong plato ay magsisilbing anode. Ang ibabaw ng anode ay dapat na humigit-kumulang katumbas ng ibabaw ng pinahiran na bagay. Samakatuwid, dapat mong palaging tiyakin na ang tansong anode ay nakabitin sa paliguan sa parehong lalim ng katod.
Ang proseso ay isasagawa sa isang boltahe ng 3-4 V (dalawang baterya) at isang kasalukuyang density ng 0.02-0.4 A/cm 2 . Ang temperatura ng solusyon sa paliguan ay dapat na 18-25 °C.
Bigyang-pansin ang katotohanan na ang eroplano ng anode at ang ibabaw na pinahiran ay parallel sa bawat isa. Mas mainam na huwag gumamit ng mga bagay na may kumplikadong hugis. Sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng tagal ng electrolysis, posibleng makakuha ng tansong patong ng iba't ibang kapal.
Ang paunang paglalagay ng tanso ay madalas na ginagamit upang maglapat ng isang matibay na patong ng isa pang metal sa layer na ito. Ito ay lalo na madalas na ginagamit sa iron chromium plating, zinc casting nickel plating at sa iba pang mga kaso. Totoo, ang napaka-nakakalason na cyanide electrolytes ay ginagamit para sa layuning ito.
Upang maghanda ng electrolyte para sa nickel plating, i-dissolve ang 25 g ng crystalline nickel sulfate, 10 g ng boric acid o 10 g ng sodium citrate sa 450 ml ng tubig. Ang sodium citrate ay maaaring ihanda sa pamamagitan ng pag-neutralize ng isang solusyon ng 10 g ng sitriko acid na may isang dilute na solusyon ng caustic soda o isang solusyon ng soda. Hayaang ang anode ay isang nickel plate ng pinakamalaking posibleng lugar, at kunin ang baterya bilang pinagmumulan ng boltahe.
Ang halaga ng kasalukuyang density sa tulong ng isang variable na pagtutol ay pananatilihin katumbas ng 0.005 A/cm 2 . Halimbawa, na may ibabaw ng bagay na 20 cm 2, kinakailangan na magtrabaho sa kasalukuyang lakas na 0.1 A. Pagkatapos ng kalahating oras ng trabaho, ang bagay ay magiging nickel plated na. Alisin ito sa paliguan at punasan ng tela. Gayunpaman, mas mainam na huwag matakpan ang proseso ng nickel plating, mula noon ang nickel layer ay maaaring mag-passivate at ang kasunod na nickel coating ay hindi makakadikit nang maayos.
Upang makamit ang isang mirror shine nang walang mekanikal na buli, ipinakilala namin ang isang tinatawag na brightening additive sa plating bath. Ang ganitong mga additives ay, halimbawa, pandikit, gulaman, asukal. Maaari kang pumasok sa isang nickel bath, halimbawa, ilang gramo ng asukal at pag-aralan ang epekto nito.
Upang maghanda ng electrolyte para sa iron chromium plating (pagkatapos ng preliminary copper plating), tinutunaw namin ang 40 g ng CrO 3 chromic anhydride (Mag-ingat! Lason!) at eksaktong 0.5 g ng sulfuric acid sa 100 ml ng tubig (hindi na higit pa!). Ang proseso ay nagpapatuloy sa isang kasalukuyang density ng mga 0.1 A / cm 2, at ang isang lead plate ay ginagamit bilang anode, ang lugar ng kung saan ay dapat na ilang. mas kaunting lugar chromed na ibabaw.
Ang mga nickel at chrome bath ay pinakamainam na bahagyang pinainit (hanggang sa 35 °C). Pakitandaan na ang mga electrolyte para sa chromium plating, lalo na sa mahabang proseso at mataas na kasalukuyang lakas, ay naglalabas ng mga singaw na naglalaman ng chromic acid na lubhang nakakapinsala sa kalusugan. Samakatuwid, ang chrome plating ay dapat isagawa sa ilalim ng draft o sa labas, halimbawa sa isang balkonahe.
Sa chromium plating (at, sa isang mas mababang lawak, sa nickel plating), hindi lahat ng kasalukuyang ay ginagamit para sa metal deposition. Kasabay nito, ang hydrogen ay inilabas. Sa batayan ng isang serye ng mga boltahe, inaasahan na ang mga metal na nakatayo sa harap ng hydrogen ay hindi dapat ilabas mula sa may tubig na mga solusyon, ngunit, sa kabaligtaran, ang hindi gaanong aktibong hydrogen ay dapat na ilabas. Gayunpaman, dito, tulad ng sa kaso ng anodic dissolution ng mga metal, ang cathodic evolution ng hydrogen ay madalas na inhibited at sinusunod lamang sa mataas na boltahe. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na hydrogen overvoltage, at ito ay lalong malaki, halimbawa, sa lead. Dahil sa sitwasyong ito, maaaring gumana ang isang lead na baterya. Kapag na-charge ang baterya, sa halip na PbO 2, dapat na lumitaw ang hydrogen sa cathode, ngunit, dahil sa overvoltage, magsisimula ang hydrogen evolution kapag halos ganap nang na-charge ang baterya.
Electrochemical activity serye ng mga metal(isang serye ng mga boltahe, isang serye ng mga karaniwang potensyal na elektrod) - isang pagkakasunud-sunod kung saan ang mga metal ay inayos sa pagkakasunud-sunod ng pagtaas ng kanilang karaniwang mga potensyal na electrochemical φ 0, na tumutugma sa pagbabawas ng kation ng metal kalahating reaksyon Me n+ : Me n+ + nē → Me
Praktikal na paggamit ng serye ng aktibidad ng metal
Ang isang bilang ng mga boltahe ay ginagamit sa pagsasanay para sa isang paghahambing na pagtatasa ng aktibidad ng kemikal ng mga metal sa mga reaksyon na may tubig na mga solusyon ng mga asing-gamot at acid at para sa pagtatasa ng mga proseso ng cathodic at anodic sa panahon ng electrolysis:
- Ang mga metal sa kaliwa ng hydrogen ay mas malakas na mga ahente ng pagbabawas kaysa sa mga metal sa kanan: pinapalitan nila ang huli mula sa mga solusyon sa asin. Halimbawa, ang pakikipag-ugnayan Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu ay posible lamang sa pasulong na direksyon.
- Ang mga metal sa hilera sa kaliwa ng hydrogen ay pinapalitan ang hydrogen kapag nakikipag-ugnayan sa may tubig na mga solusyon ng mga non-oxidizing acid; ang pinaka-aktibong mga metal (hanggang sa at kabilang ang aluminyo) - at kapag nakikipag-ugnayan sa tubig.
- Mga metal sa hilera sa kanan ng hydrogen, na may mga may tubig na solusyon ng mga non-oxidizing acid sa normal na kondisyon huwag makisalamuha.
- Sa panahon ng electrolysis, ang mga metal sa kanan ng hydrogen ay inilabas sa katod; ang pagbawas ng mga metal ng katamtamang aktibidad ay sinamahan ng pagpapalabas ng hydrogen; ang pinaka-aktibong mga metal (hanggang sa aluminyo) ay hindi maaaring ihiwalay mula sa may tubig na mga solusyon ng mga asin sa ilalim ng normal na mga kondisyon.
Ang mga alkali metal ay itinuturing na pinaka-aktibo:
- lithium;
- sosa;
- potasa;
- rubidium;
- cesium;
- francium.
Upang pag-aralan ang aktibidad ng mga metal, alinman sa electrochemical series ng metal voltages o ang kanilang posisyon sa Periodic table. Kung mas aktibo ang metal, mas madali itong mag-donate ng mga electron at mas magiging mas mahusay ito bilang isang reducing agent sa redox reactions.
Electrochemical serye ng mga boltahe ng mga metal.
Mga tampok ng pag-uugali ng ilang mga ahente ng oxidizing at pagbabawas.
a) ang mga asing-gamot na naglalaman ng oxygen at mga acid ng chlorine sa mga reaksyon sa mga ahente ng pagbabawas ay karaniwang nagiging chlorides:
b) kung ang mga sangkap ay lumahok sa reaksyon kung saan ang parehong elemento ay may negatibo at positibong estado ng oksihenasyon, sila ay nangyayari sa zero na estado ng oksihenasyon (isang simpleng sangkap ay inilabas).
Kailangang kakayahan.
1. Pag-aayos ng mga estado ng oksihenasyon.
Dapat tandaan na ang antas ng oksihenasyon ay hypothetical ang singil ng isang atom (i.e. conditional, imaginary), ngunit hindi ito dapat lumampas bait. Maaari itong maging integer, fractional, o zero.
Ehersisyo 1:Ayusin ang mga estado ng oksihenasyon ng mga sangkap:
2. Pag-aayos ng mga estado ng oksihenasyon sa organikong bagay.
Tandaan na interesado lamang kami sa mga estado ng oksihenasyon ng mga carbon atom na iyon na nagbabago sa kanilang kapaligiran sa proseso ng redox, habang ang kabuuang singil ng carbon atom at ang non-carbon na kapaligiran nito ay kinuha bilang 0.
Gawain 2:Tukuyin ang estado ng oksihenasyon ng mga carbon atom na nakabilog kasama ng hindi carbon na kapaligiran:
2-methylbutene-2: - = 
acetic acid: -
3. Huwag kalimutang tanungin ang iyong sarili sa pangunahing tanong: sino ang nag-donate ng mga electron sa reaksyong ito, at sino ang tumatanggap sa kanila, at ano ang kanilang nagiging? Upang hindi gumana na ang mga electron ay dumating mula sa kung saan o lumipad palayo sa kung saan.
Halimbawa:
Sa reaksyong ito, dapat makita ng isa na ang potassium iodide ay maaaring tanging ahente ng pagbabawas, kaya ang potassium nitrite ay tatanggap ng mga electron, pagpapababa antas ng oksihenasyon nito.
Bukod dito, sa ilalim ng mga kundisyong ito (dilute solution) ang nitrogen ay napupunta mula sa pinakamalapit na estado ng oksihenasyon.
4. Ang pagguhit ng electronic balance sheet ay mas mahirap kung yunit ng formula Ang substansiya ay naglalaman ng ilang mga atomo ng isang oxidizing agent o reducing agent.
Sa kasong ito, dapat itong isaalang-alang sa kalahating reaksyon sa pamamagitan ng pagkalkula ng bilang ng mga electron.
Ang pinakakaraniwang problema ay ang potassium dichromate, kapag ito ay napupunta sa papel ng isang oxidizing agent:
Ang mga deuces na ito ay hindi malilimutan kapag tumatawag, dahil ipinapahiwatig nila ang bilang ng mga atomo ng isang naibigay na uri sa equation.
Gawain 3:Anong coefficient ang dapat ilagay bago at bago
Gawain 4:Anong coefficient sa equation ng reaksyon ang tatayo sa harap ng magnesium?
5. Tukuyin kung saang medium (acidic, neutral o alkaline) ang reaksyon ay nagaganap.
Magagawa ito alinman tungkol sa mga produkto ng pagbabawas ng manganese at chromium, o sa pamamagitan ng uri ng mga compound na nakuha sa kanang bahagi ng reaksyon: halimbawa, kung sa mga produkto na nakikita natin acid, acid oxide
- nangangahulugan ito na ito ay tiyak na hindi isang alkaline na kapaligiran, at kung ang metal hydroxide ay namuo, ito ay tiyak na hindi acidic. At siyempre, kung sa kaliwang bahagi ay nakikita natin ang mga metal sulfate, at sa kanan - walang katulad ng mga compound ng asupre - tila, ang reaksyon ay isinasagawa sa pagkakaroon ng sulfuric acid.
Gawain 5:Tukuyin ang kapaligiran at mga sangkap sa bawat reaksyon:
6. Tandaan na ang tubig ay isang libreng manlalakbay, maaari itong parehong lumahok sa reaksyon at mabuo.
Gawain 6:Aling bahagi ng reaksyon ang magiging tubig? Ano ang pupuntahan ng zinc?
Gawain 7:Malambot at matigas na oksihenasyon ng mga alkenes.
Idagdag at ipantay ang mga reaksyon, pagkatapos ilagay ang mga estado ng oksihenasyon mga organikong molekula:
(malamig na solusyon)
| (may tubig na solusyon) | ||
7. Minsan matutukoy lamang ang isang produkto ng reaksyon sa pamamagitan ng pag-compile ng electronic na balanse at pag-unawa kung aling mga particle ang mayroon tayo:
Gawain 8:Ano ang iba pang mga produkto na magagamit? Idagdag at ipantay ang reaksyon:
8. Ano ang nagiging reagents sa reaksyon?
Kung ang mga scheme na natutunan natin ay hindi nagbibigay ng sagot sa tanong na ito, kailangan nating pag-aralan kung aling oxidizing agent at reducing agent ang malakas o hindi masyadong malakas sa reaksyon?
Kung ang oxidizer ay may katamtamang lakas, ito ay malamang na hindi maaaring mag-oxidize, halimbawa, asupre mula hanggang, kadalasan ang oksihenasyon ay umaakyat lamang sa.
Sa kabaligtaran, kung ito ay isang malakas na ahente ng pagbabawas at maaaring mabawi ang asupre mula hanggang , pagkatapos ay hanggang .
Gawain 9:Ano ang magiging sulfur? Idagdag at ipantay ang mga reaksyon:
9. Suriin kung mayroong parehong oxidizing agent at reducing agent sa reaksyon.
Gawain 10:Ilang iba pang produkto ang nasa reaksyong ito, at alin?
10. Kung ang parehong mga substance ay maaaring magpakita ng mga katangian ng parehong reducing agent at oxidizing agent, kailangan mong isaalang-alang kung alin sa mga ito higit pa aktibong oxidant. Pagkatapos ay ang pangalawa ay ang magpapanumbalik.
Gawain 11:Alin sa mga halogens na ito ang oxidizing agent at alin ang reducing agent?
11. Kung ang isa sa mga reagents ay isang tipikal na oxidizing agent o reducing agent, ang pangalawa ay "gagawin ang kanyang kalooban", alinman sa pamamagitan ng pagbibigay ng mga electron sa oxidizing agent o pagtanggap mula sa reducing agent.
Ang hydrogen peroxide ay isang sangkap na may dalawahang kalikasan, sa papel na ginagampanan ng isang ahente ng oxidizing (na higit na katangian nito) ay pumasa sa tubig, at bilang isang ahente ng pagbabawas - pumasa sa libreng gas na oxygen.
Gawain 12:Ano ang papel na ginagampanan ng hydrogen peroxide sa bawat reaksyon?
Ang pagkakasunud-sunod ng pag-aayos ng mga coefficient sa equation.
Ibaba muna ang mga coefficient na nakuha mula sa electronic balance.
Tandaan na maaari mong doblehin o bawasan ang mga ito lamang magkasama. Kung ang anumang sangkap ay gumaganap bilang isang daluyan at bilang isang oxidizing agent (reducing agent), ito ay kailangang equalize mamaya, kapag halos lahat ng mga coefficient ay nakaayos.
Hydrogen ay equalized penultimately, at nagche-check lang kami ng oxygen!
1. Gawain 13:Idagdag at ipantay:
Maglaan ng oras sa pagbibilang ng mga atomo ng oxygen! Tandaan na magparami sa halip na magdagdag ng mga indeks at coefficient.
Ang bilang ng mga atomo ng oxygen sa kaliwa at kanang bahagi ay dapat magtagpo!
Kung hindi ito mangyayari (sa kondisyon na binibilang mo sila nang tama), kung gayon mayroong isang pagkakamali sa isang lugar.
Mga posibleng pagkakamali.
1. Pag-aayos ng mga estado ng oksihenasyon: suriing mabuti ang bawat sangkap.
Kadalasang nagkakamali sa mga sumusunod na kaso:
a) mga estado ng oksihenasyon sa mga compound ng hydrogen ng mga hindi metal: phosphine - estado ng oksihenasyon ng posporus - negatibo;
b) sa mga organikong sangkap - suriin muli kung ang buong kapaligiran ng atom ay isinasaalang-alang;
c) ammonia at ammonium salts - naglalaman ang mga ito ng nitrogen palagi may estado ng oksihenasyon;
d) oxygen salts at acids ng chlorine - sa kanila ang chlorine ay maaaring magkaroon ng isang estado ng oksihenasyon;
e) peroxides at superoxides - sa kanila, ang oxygen ay walang estado ng oksihenasyon, nangyayari ito, at sa - kahit na;
f) double oxides: 
- mayroon silang mga metal dalawang magkaiba estado ng oksihenasyon, kadalasan isa lamang sa kanila ang kasangkot sa paglipat ng mga electron.
Gawain 14:Idagdag at ipantay:
Gawain 15:Idagdag at ipantay:
2. Ang pagpili ng mga produkto nang hindi isinasaalang-alang ang paglipat ng mga electron - iyon ay, halimbawa, sa reaksyon mayroon lamang isang ahente ng oxidizing na walang ahente ng pagbabawas, o kabaliktaran.
Halimbawa: ang libreng chlorine ay kadalasang nawawala sa isang reaksyon. Lumalabas na ang mga electron ay dumating sa manganese mula sa kalawakan...
3. Maling mga produkto mula sa isang kemikal na pananaw: ang isang sangkap na nakikipag-ugnayan sa kapaligiran ay hindi maaaring makuha!
a) sa isang acidic na kapaligiran, ang metal oxide, base, ammonia ay hindi maaaring makuha;
b) sa isang alkaline na kapaligiran, hindi makukuha ang acid o acid oxide;
c) isang oxide, pabayaan ang isang metal na marahas na tumutugon sa tubig, ay hindi nabuo sa isang may tubig na solusyon.
Gawain 16:Hanapin sa mga reaksyon mali mga produkto, ipaliwanag kung bakit hindi ito makukuha sa ilalim ng mga kundisyong ito:
Mga sagot at solusyon sa mga gawain na may mga paliwanag.
Ehersisyo 1:
Gawain 2:
2-methylbutene-2: - =
acetic acid: -
Gawain 3:
Dahil mayroong 2 chromium atoms sa dichromate molecule, nag-donate sila ng 2 beses na mas maraming electron - i.e. 6.
Gawain 5:
Kung ang kapaligiran ay alkalina, magkakaroon ng posporus sa anyo ng asin- potasa pospeyt.
Gawain 6:
Dahil ang zinc ay amphoteric metal, sa alkalina na solusyon ito ay bumubuo hydroxocomplex. Bilang resulta ng pag-aayos ng mga coefficient, lumalabas na ang tubig ay dapat naroroon sa kaliwang bahagi ng reaksyon:sulfuric acid (2 molekula).
Gawain 9:
(Ang permanganate ay hindi isang napakalakas na ahente ng oxidizing sa solusyon; tandaan na ang tubig pumasa sa panahon ng pagsasaayos sa kanan!)
(conc.)
(Ang concentrated nitric acid ay isang napakalakas na oxidizing agent)
Gawain 10:
Huwag kalimutan iyon ang manganese ay tumatanggap ng mga electron, kung saan dapat ibigay sa kanila ang chlorine.
Ang klorin ay inilabas sa anyo ng isang simpleng sangkap.
Gawain 11:
Kung mas mataas ang non-metal sa subgroup, mas marami aktibong ahente ng oxidizing, ibig sabihin. Ang chlorine ay ang oxidizing agent sa reaksyong ito. Ang yodo ay pumasa sa pinaka-matatag na positibong estado ng oksihenasyon para dito, na bumubuo ng iodic acid.
Anong impormasyon ang maaaring makuha mula sa isang serye ng mga boltahe?
Ang isang hanay ng mga boltahe na metal ay malawakang ginagamit sa di-organikong kimika. Sa partikular, ang mga resulta ng maraming mga reaksyon at maging ang posibilidad ng kanilang pagpapatupad ay nakasalalay sa posisyon ng ilang metal sa NRN. Talakayin natin ang isyung ito nang mas detalyado.
Ang pakikipag-ugnayan ng mga metal sa mga acid
Ang mga metal na nasa serye ng mga boltahe sa kaliwa ng hydrogen ay tumutugon sa mga acid - mga non-oxidizing agent. Ang mga metal na matatagpuan sa ERN sa kanan ng H ay nakikipag-ugnayan lamang sa mga acid - mga ahente ng oxidizing (sa partikular, sa HNO 3 at puro H 2 SO 4).
Halimbawa 1. Ang zinc ay matatagpuan sa NER sa kaliwa ng hydrogen, samakatuwid, ito ay maaaring tumugon sa halos lahat ng mga acid:
Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2
Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2
Halimbawa 2. Ang tanso ay matatagpuan sa ERN sa kanan ng H; ang metal na ito ay hindi tumutugon sa "ordinaryong" acids (HCl, H 3 PO 4 , HBr, organic acids), gayunpaman, ito ay nakikipag-ugnayan sa oxidizing acids (nitric, concentrated sulfuric):
Cu + 4HNO 3 (conc.) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Cu + 2H 2 SO 4 (conc.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Iginuhit ko ang iyong pansin sa isang mahalagang punto: kapag ang mga metal ay nakikipag-ugnayan sa mga oxidizing acid, hindi hydrogen ang inilabas, ngunit ilang iba pang mga compound. Maaari mong basahin ang higit pa tungkol dito!
Pakikipag-ugnayan ng mga metal sa tubig
Ang mga metal na matatagpuan sa serye ng mga boltahe sa kaliwa ng Mg ay madaling tumugon sa tubig na nasa temperatura ng silid na may paglabas ng hydrogen at pagbuo ng isang solusyon sa alkali.
Halimbawa 3. Ang sodium, potassium, calcium ay madaling matunaw sa tubig upang makabuo ng alkali solution:
2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2
Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2
Ang mga metal na matatagpuan sa hanay ng mga boltahe mula sa hydrogen hanggang sa magnesium (kasama) sa ilang mga kaso ay nakikipag-ugnayan sa tubig, ngunit ang mga reaksyon ay nangangailangan ng mga partikular na kondisyon. Halimbawa, ang aluminyo at magnesiyo ay nagsisimulang makipag-ugnayan sa H 2 O pagkatapos lamang na alisin ang oxide film mula sa ibabaw ng metal. Ang bakal ay hindi tumutugon sa tubig sa temperatura ng silid, ngunit nakikipag-ugnayan sa singaw ng tubig. Ang kobalt, nikel, lata, tingga ay halos hindi nakikipag-ugnayan sa H 2 O, hindi lamang sa temperatura ng silid, kundi pati na rin kapag pinainit.
Ang mga metal na matatagpuan sa kanang bahagi ng ERN (pilak, ginto, platinum) ay hindi tumutugon sa tubig sa anumang pagkakataon.
Pakikipag-ugnayan ng mga metal na may tubig na solusyon ng mga asin
Pag-uusapan natin ang mga sumusunod na uri ng mga reaksyon:
metal (*) + metal na asin (**) = metal (**) + metal na asin (*)
Nais kong bigyang-diin na ang mga asterisk sa kasong ito ay hindi nagpapahiwatig ng antas ng oksihenasyon, hindi ang valence ng metal, ngunit pinapayagan lamang kaming makilala sa pagitan ng metal No. 1 at metal No. 2.
Para mangyari ang gayong reaksyon, tatlong kundisyon ang dapat matugunan nang sabay-sabay:
- ang mga asing-gamot na kasangkot sa proseso ay dapat na natutunaw sa tubig (ito ay madaling suriin gamit ang solubility table);
- metal (*) ay dapat nasa isang serye ng mga boltahe sa kaliwa ng metal (**);
- ang metal (*) ay hindi dapat tumugon sa tubig (na madaling suriin ng ERN).
Halimbawa 4. Tingnan natin ang ilang mga reaksyon:
Zn + CuSO 4 \u003d ZnSO 4 + Cu
K + Ni(NO 3) 2 ≠
Ang unang reaksyon ay madaling ipatupad, ang lahat ng mga kondisyon sa itaas ay natutugunan: ang tansong sulpate ay natutunaw sa tubig, ang zinc ay nasa ERN sa kaliwa ng tanso, ang Zn ay hindi tumutugon sa tubig.
Ang pangalawang reaksyon ay imposible, dahil ang unang kondisyon ay hindi natutugunan (ang tanso (II) sulfide ay halos hindi matutunaw sa tubig). Ang ikatlong reaksyon ay hindi magagawa, dahil ang lead ay isang hindi gaanong aktibong metal kaysa sa bakal (na matatagpuan sa kanan sa NRN). Sa wakas, ang ikaapat na proseso ay HINDI magreresulta sa nickel precipitation habang ang potassium ay tumutugon sa tubig; ang nagreresultang potassium hydroxide ay maaaring tumugon sa isang solusyon ng asin, ngunit ito ay isang ganap na naiibang proseso.
Ang proseso ng thermal decomposition ng nitrates
Tandaan na ang nitrates ay mga asin. nitric acid. Ang lahat ng nitrates ay nabubulok kapag pinainit, ngunit ang komposisyon ng mga produkto ng agnas ay maaaring iba. Ang komposisyon ay tinutukoy ng posisyon ng metal sa serye ng mga stress.
Ang mga nitrates ng mga metal na matatagpuan sa NER sa kaliwa ng magnesium, kapag pinainit, ay bumubuo ng kaukulang nitrite at oxygen:
2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2
Sa panahon ng thermal decomposition ng metal nitrates, na matatagpuan sa isang serye ng mga boltahe mula sa Mg hanggang Cu kasama, ang metal oxide, NO 2 at oxygen ay nabuo:
2Cu(NO 3) 2 \u003d 2CuO + 4NO 2 + O 2
Sa wakas, sa panahon ng agnas ng mga nitrates ng hindi gaanong aktibong mga metal (na matatagpuan sa NER sa kanan ng tanso), nabuo ang metal, nitrogen dioxide at oxygen.
Ang potensyal na pagkakaiba ng "electrode substance - solution" ay nagsisilbi lamang bilang isang quantitative na katangian ng kakayahan ng isang substance (parehong mga metal atnon-metal) pumasa sa solusyon sa anyo ng mga ions, i.e. mga karaktersa pamamagitan ng kakayahan ng OB ng ion at ang kaukulang sangkap nito.
Ang potensyal na pagkakaiba na ito ay tinatawagpotensyal ng elektrod.
Gayunpaman, ang mga direktang pamamaraan para sa pagsukat ng gayong potensyal na pagkakaibaay hindi umiiral, kaya sumang-ayon kaming tukuyin ang mga ito kaugnay ngang tinatawag na karaniwang hydrogen electrode, ang potensyalna ang halaga ay may kondisyong kinuha bilang zero (madalas na tinatawag dingsangguniang elektrod). Ang karaniwang hydrogen electrode ay binubuo ngmula sa isang platinum plate na inilubog sa isang acid solution na may conkonsentrasyon ng mga ion H + 1 mol/l at hinugasan ng isang jet ng gashydrogen sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon.
Ang paglitaw ng isang potensyal sa isang karaniwang hydrogen electrode ay maaaring isipin bilang mga sumusunod. Ang gaseous hydrogen, na na-adsorbed ng platinum, ay pumasa sa atomic state:
H22H.
sa pagitan ng atomic hydrogen nabuo sa ibabaw ng plato, ang mga hydrogen ions sa solusyon at platinum (mga electron!) ay napagtanto ang estado ng dynamic na equilibrium:
H H + + e.
Ang kabuuang proseso ay ipinahayag ng equation:
H 2 2H + + 2e.
Ang Platinum ay hindi nakikibahagi sa redox at proseso, ngunit isa lamang carrier ng atomic hydrogen.
Kung ang isang plato ng ilang metal, na nahuhulog sa isang solusyon ng asin nito na may konsentrasyon ng mga ion ng metal na katumbas ng 1 mol / l, ay konektado sa isang karaniwang hydrogen electrode, pagkatapos ay makakakuha tayo galvanic cell. Lakas ng electromotive elementong ito(EMF), na sinusukat sa 25 ° C, at nagpapakilala sa karaniwang potensyal ng elektrod ng metal, na karaniwang tinutukoy bilang E 0.
Kaugnay ng sistemang H 2 / 2H +, ang ilang mga sangkap ay kikilos bilang mga ahente ng oxidizing, ang iba bilang mga ahente ng pagbabawas. Sa kasalukuyan, ang mga karaniwang potensyal ng halos lahat ng mga metal at maraming mga di-metal ay nakuha, na nagpapakilala sa kamag-anak na kakayahan ng pagbabawas o pag-oxidizing ng mga ahente na mag-abuloy o kumuha ng mga electron.
Ang mga potensyal ng mga electrodes na kumikilos bilang mga ahente ng pagbabawas na may paggalang sa hydrogen ay may tanda na "-", at ang tanda na "+" ay nagmamarka ng mga potensyal ng mga electrodes na mga ahente ng oxidizing.
Kung ayusin mo ang mga metal sa pataas na pagkakasunud-sunod ng kanilang karaniwang mga potensyal na elektrod, pagkatapos ay ang tinatawag na electrochemical boltahe serye ng mga metal:
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, N a, M g, A l, M n, Zn, C r, F e, C d, Co, N i, Sn, P b, H, Sb, B i , С u , Hg , А g , Р d , Р t , А u .
Ang isang serye ng mga boltahe ay nagpapakilala Mga katangian ng kemikal mga metal.
1. Kung mas negatibo ang potensyal ng elektrod ng metal, mas malaki ang kakayahang magbawas nito.
2. Nagagawa ng bawat metal na alisin (ibalik) mula sa mga solusyon sa asin ang mga metal na nasa serye ng mga stress ng metal pagkatapos nito. Ang tanging pagbubukod ay alkalina at mga metal na alkaline earth, na hindi magbabalik ng iba pang mga ion ng metal mula sa mga solusyon ng kanilang mga asin. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa mga kasong ito, ang mga reaksyon ng pakikipag-ugnayan ng mga metal sa tubig ay nagpapatuloy sa mas mabilis na rate.
3. Lahat ng metal na may negatibong pamantayang potensyal ng elektrod, i.e. na matatagpuan sa serye ng mga boltahe ng mga metal sa kaliwa ng hydrogen, ay nagagawang ilipat ito mula sa mga solusyon sa acid.
Dapat pansinin na ang ipinakita na serye ay nagpapakilala sa pag-uugali ng mga metal at ang kanilang mga asin lamang sa may tubig na mga solusyon, dahil isinasaalang-alang ng mga potensyal ang mga tampok ng pakikipag-ugnayan ng isa o isa pang ion na may mga solvent na molekula. Iyon ang dahilan kung bakit ang serye ng electrochemical ay nagsisimula sa lithium, habang ang mas aktibong kemikal na rubidium at potassium ay matatagpuan sa kanan ng lithium. Ito ay dahil sa napakataas na enerhiya ng proseso ng hydration ng lithium ion kumpara sa iba pang mga alkali metal ions.
Ang algebraic na halaga ng karaniwang potensyal na redox ay nagpapakilala sa aktibidad ng oxidative ng kaukulang oxidized na anyo. Samakatuwid, ang paghahambing ng mga halaga ng karaniwang mga potensyal na redox ay nagpapahintulot sa amin na sagutin ang tanong: ito ba o ang redox na reaksyon ay nagaganap?
Kaya, ang lahat ng kalahating reaksyon ng oksihenasyon ng mga halide ions sa libreng mga halogens
2 Cl - - 2 e \u003d C l 2 E 0 \u003d -1.36 V (1)
2 Br - -2e \u003d B r 2 E 0 \u003d -1.07 V (2)
2I - -2 e \u003d I 2 E 0 \u003d -0.54 V (3)
maaaring maisakatuparan sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon kapag ang lead oxide ay ginagamit bilang isang ahente ng oxidizing ( IV ) (E 0 = 1.46 V) o potassium permanganate (E 0 = 1.52 V). Kapag gumagamit ng potassium dichromate ( E0 = 1.35 V) mga reaksyon lamang (2) at (3) ang maaaring isagawa. Panghuli, ang paggamit ng nitric acid bilang isang oxidizing agent ( E0 = 0.96 V) ay nagbibigay-daan lamang sa kalahating reaksyon na may partisipasyon ng mga iodide ions (3).
Kaya, ang quantitative criterion para sa pagtatasa ng posibilidad ng isang partikular na redox na reaksyon ay ang positibong halaga ng pagkakaiba sa pagitan ng karaniwang redox na potensyal ng oksihenasyon at pagbabawas ng kalahating reaksyon.