Презентация - Электрохимия

Нажмите для просмотра
Электрохимия
Распечатать
  • Последний IP: 188.225.77.64
  • Уникальность: 92%
  • Слайдов: 82
  • Просмотров: 1910
  • Скачиваний: 1178
  • Размер: 0.7 MB
  • Онлайн: Да
  • Формат: ppt и pptx
В закладки
Оцени!

Слайды и текст этой онлайн презентации

Слайд 1

Электрохимия, слайд 1
Лекция 8 Электрохимия

Слайд 2

Электрохимия, слайд 2
Электрохимия – это раздел химической науки, изучающий электрохимические процессы .

Слайд 3

Электрохимия, слайд 3
Электрохимическими называются процессы: а) протекающие в растворе под воздействием электрического тока (электролиз); б) протекающие в растворе и приводящие к возникновению электрического тока во внешней цепи (гальванический элемент).

Слайд 4

Электрохимия, слайд 4
Большинство электрохимических процессов являются окислительно-восстановительными .

Слайд 5

Электрохимия, слайд 5
План 8.1 Термодинамика ОВР 8.2 Устройство и принцип действия гальванических элементов 8.3 Потенциометрические методы анализа

Слайд 6

Электрохимия, слайд 6
8 .1 ОВР – это реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Слайд 7

Электрохимия, слайд 7
Степень окисления – это условный заряд атома в молекуле, вычисленный исходя из допущения, что вещество состоит из ионов.

Слайд 8

Электрохимия, слайд 8
Степень окисления принимает любые значения: целые, дробные, положительные, отрицательные: К 2 1 О 2 Na 2 1 О 2 - 1 КО 3 - 1/3 F 2 1 O 2

Слайд 9

Электрохимия, слайд 9
Типы ОВР Межмолекулярные ОВР – окислитель и восстано-витель, разные вещества: К 2 Cr 2 O 7 6KI 4H 2 SO 4 Cr 2 (SO 4 ) 3 3I 2 K 2 SO 4 4H 2 O

Слайд 10

Электрохимия, слайд 10
2. Внутримолекулярные ОВР – атом-окислитель и атом-восстановитель входят в состав одного вещества t 2Cu(NO 3 ) 2 2Cu O 4NO 2 O 2

Слайд 11

Электрохимия, слайд 11
3. Реакции диспропорционирования – атом одного химического элемента является и окислителем, и восстановителем 3Cl 2 6KOH 5KCl KCl O 3 3H 2 O 2Н 2 О 2 2H 2 O O 2

Слайд 12

Электрохимия, слайд 12
Схема межмолекулярной ОВР : Ок 1 Вос 2 Ок 2 Вос 1 Ок 1 / Вос 1 Ок 2 / Вос 2 сопряженные пары

Слайд 13

Электрохимия, слайд 13
Например: Mn O 2 4 HCl Mn Cl 2 Cl 2 2 H 2 O Ок 1 Вос 2 Вос 1 Ок 2 Сопряженные пары: Mn O 2 / Mn 2 С l 2 / 2 C l -

Слайд 14

Электрохимия, слайд 14
Если ОВР протекает в водном растворе, то характеристикой каждой сопряженной пары служит окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), φ ок/вос ,В

Слайд 15

Электрохимия, слайд 15
В справочниках приводятся стандартные ОВП ( φ 0 ок/вос ). Стандартные ОВП изменяются в диапазоне от – 3 до 3 В. φ 0 ( Li / Li) – 3,045 В φ 0 (F 2 / 2F ) 2,87 В

Слайд 16

Электрохимия, слайд 16
Чем меньше ОВП, тем сильнее восстановитель и слабее сопряженный с ним окислитель. Li – самый сильный восстановитель, Li – самый слабый окислитель

Слайд 17

Электрохимия, слайд 17
Чем больше ОВП, тем сильнее окислитель и слабее сопряженный с ним восстановитель. F 2 – самый сильный окислитель, F - – самый слабый восстановитель .

Слайд 18

Электрохимия, слайд 18
Зная ОВП, можно сравнивать силу окислителей и восстано-вителей : φ 0 ( Mn O 4 / Mn 2 ) 1,51 В φ 0 ( Mn O 4 / Mn О 2 ) 0, 60 В φ 0 ( Mn O 4 / Mn О 4 2 ) 0,56 В Уменьше - ние окисли - тельной активности KMn O 4

Слайд 19

Электрохимия, слайд 19
Сила окислителей и восстановителей зависит от: их природы, концентрации, температуры, иногда от р Н.

Слайд 20

Электрохимия, слайд 20
Влияние температуры и концентрации на ОВ свойства веществ описывается уравнением Нернста (1889): φ Ок / Вос φ 0 O к / Вос RT n F ln Ок Вос

Слайд 21

Электрохимия, слайд 21
где n – число отданных или принятых электронов, F – число Фарадея , равное 96500 Кл/моль

Слайд 22

Электрохимия, слайд 22
Немецкий физик и химик, профессор Берлинского универ-ситета, лауреат Нобе-левской премии 1920 г. Основные работы посвящены теории растворов и химичес-кой кинетики. Создал теорию гальваничес-ких элементов, сфор-мулировал третий закон термодинамики В. Ф. Нернст 1864-1941

Слайд 23

Электрохимия, слайд 23
При Т 298 К

Слайд 24

Электрохимия, слайд 24
Соответственно: φ Ок / Вос φ 0 O к / Вос 0,0592 n lg Ок Вос

Слайд 25

Электрохимия, слайд 25
Пример: Mn O 4 8H 5 ē Mn 2 4H 2 O Окисленная форма Восстановленная форма φ φ 0

Слайд 26

Электрохимия, слайд 26
Характеристикой ОВР является ее электродвижущая сила (ЭДС или Е), В Е φ Ок 1 /Вос1 – φ Ок2/Вос2

Слайд 27

Электрохимия, слайд 27
Например: KMn O 4 H 2 O 2 H 2 SO 4 Ок1 Вос2 Mn SO 4 O 2 K 2 SO 4 H 2 O Вос1 Ок2 φ 0 Mn O 4 / Mn 2 1,51 В φ 0 O 2 / H 2 O 2 0,68 В Е 0 1,51 – 0,68 0,83 В

Слайд 28

Электрохимия, слайд 28
Рассчитав электродвижущую силу ОВ реакции, можно определить ее характер (само- или несамопроизвольный). Для этого необходимо установить взаимосвязь между э.д.с и Δ r G .

Слайд 29

Электрохимия, слайд 29
А эл n FE A эл – Δ r G Δ r G – n FE

Слайд 30

Электрохимия, слайд 30
Если Е 0, то Δ r G 0 реакция протекает самопроизвольно ; Если E 0, то Δ r G 0 реакция протекает несамопроизвольно.

Слайд 31

Электрохимия, слайд 31
Большинство ОВР имеют обратимый характер, поэтому их важной характеристикой является константа равновесия (К): Δ r G 0 – RTln K Δ r G 0 – n FE 0 n FE 0 RTln K

Слайд 32

Электрохимия, слайд 32

Слайд 33

Электрохимия, слайд 33
При Т 298К К 10 n E 0 0 , 0592

Слайд 34

Электрохимия, слайд 34
Большинство биохимических реакций являются окислительно-восстановительными. Они играют важную роль в организме, выполняя две важнейшие функции.

Слайд 35

Электрохимия, слайд 35
1) пластическую – синтез сложных органических молекул; 2) энергетическую – выделение энергии при окислении сложных высокомолекулярных веществ (углеводов, жиров и белков).

Слайд 36

Электрохимия, слайд 36
Энергоснабжение организма на 99% обеспечивается протеканием в нем ОВ процессов. Причем, 90% всей энергии выделяется при окислении углеводов и жиров, и лишь 10% – при окислении белков .

Слайд 37

Электрохимия, слайд 37
Фармакологическое действие ряда лекарственных препаратов основано на их ОВ свойствах. Известно, что окислители обладают бактерицидными свойствами: I 2 , H 2 O 2 , O 3 , KMn O 4 , HNO 3 .

Слайд 38

Электрохимия, слайд 38
Na 2 S 2 O 3 – универсальное противоядие, применяемое при отравлениях тяжелыми металлами и хлором: Pb(CH 3 COOH) 2 Na 2 S 2 O 3 H 2 O Pb S Na 2 SO 4 2CH 3 COOH Cl 2 Na 2 S 2 O 3 H 2 O 2 HCl S Na 2 SO 4

Слайд 39

Электрохимия, слайд 39
8.2 Гальванический элемент (ГЭ) – это устройство для превращения химической энергии в электрическую.

Слайд 40

Электрохимия, слайд 40
ГЭ состоит из двух электродов (полуэлементов). Простейший полуэлемент состоит из металлической пластинки, опущенной в раствор своей соли.

Слайд 41

Электрохимия, слайд 41
Более активный металл называется анодом. На его поверхности протекает процесс окисления. При работе ГЭ анод заряжается отрицательно.

Слайд 42

Электрохимия, слайд 42
На менее активном металле, называемом катодом, протекает процесс восстановления. При работе ГЭ катод заряжается положительно .

Слайд 43

Электрохимия, слайд 43
Солевой мостик Медно-цинковый элемент Якоби-Даниеля Внешняя цепь

Слайд 44

Электрохимия, слайд 44
Медный и цинковый электроды соединены металлическим проводником, образующим внешнюю цепь гальванического элемента

Слайд 45

Электрохимия, слайд 45
Растворы солей Cu SO 4 и Zn SO 4 соединены между собой солевым мостиком , образующим внутреннюю цепь гальванического элемента. Солевой мостик (электролитический ключ) –это стеклянная трубка, заполненная раствором электролита.

Слайд 46

Электрохимия, слайд 46
Цинковый электрод является анодом ; на нем протекает процесс окисления: Zn – 2e Zn 2 Катионы Zn 2 переходят в раствор, вследствие чего раствор приобретает положительный заряд, а электрод – отрицательный. Zn/Zn 2

Слайд 47

Электрохимия, слайд 47
Электроны , отданные цинком, поступают во внешнюю цепь и мигрируют к меди.

Слайд 48

Электрохимия, слайд 48
Медный электрод является катодом; на нем протекает процесс восстановления : Cu 2 2e Cu Катионы Cu 2 принимают электроны, поступающие из внешней цепи, восстанавливаются и осаждаются на медном электроде. В результате раствор приобретает отрицательный заряд, а электрод – положительный. Cu/Cu 2

Слайд 49

Электрохимия, слайд 49
(-)Zn / Zn 2 // Cu 2 / Cu ( ) Схема медно-цинкового гальванического элемента

Слайд 50

Электрохимия, слайд 50
/ обозначает поверхность раздела металл - раствор, а также ОВ потенциал (электродный потенциал), возникающий на поверхности электрода вследствие того, что металл и раствор имеют разноименные заряды.

Слайд 51

Электрохимия, слайд 51
// обозначают границу раздела двух растворов, а так же диффузионный потенциал, возникающий из-за их разноименных зарядов.

Слайд 52

Электрохимия, слайд 52
Катод: Zn – 2e Zn 2 1 Анод: Cu 2 2e Cu 1 Zn Cu 2 Zn 2 Cu Суммируя уравнения ОВ полуреакций, получаем уравнение суммарной токообразующей реакции:

Слайд 53

Электрохимия, слайд 53
Э.д.с. гальванического элемента рассчитывают как: Е φ (катод)– φ (анод)

Слайд 54

Электрохимия, слайд 54
Кроме ОВ и диффузионных потенциалов существуют мембранные потенциалы, возникновение которых обусловлено неравномерным распределением заряженных частиц (например, ионов) по обе стороны мембраны. Именно такое распределение ионов характерно для клеток человека.

Слайд 55

Электрохимия, слайд 55
Ионный состав нервной клетки ИОНЫ ВНУТРЕННЯЯ ОБЛАСТЬ СРЕДА К 400 ммоль/л 20 ммоль/л Na 50 ммоль/л 440 ммоль/л Cl 120 ммоль/л 550 ммоль/л

Слайд 56

Электрохимия, слайд 56
Для каждого проникающего иона мембранный потенциал рассчитывается по уравнению Нернста: φ внутр среда Мембранные потенциалы клеток называют биопотенциалами .

Слайд 57

Электрохимия, слайд 57
Измерение био-потенциалов лежит в основе электрокардиогра-фии (ЭКГ) и электроэнцефало-графии, представ-ляющих большую ценность для диагностики.

Слайд 58

Электрохимия, слайд 58
КЛАССИФИКАЦИЯ ГЭ Хими-ческие Концент-рацион-ные Топлив-ные

Слайд 59

Электрохимия, слайд 59
Химические ГЭ состоят из различных электродов. Концентрационные элементы состоят из одинаковых электродов и отличаются только концентрацией электролитов: (–) Zn / Zn SO 4 aq//Zn SO 4 aq/Zn( ) С М(1) С М(2)

Слайд 60

Электрохимия, слайд 60
С 3 Н 8 5 О 2 3 СО 2 4 Н 2 О В топливных элементах энергия, выделяющаяся при горении топлива, превращается в электрическую энергию:

Слайд 61

Электрохимия, слайд 61
Топливный водородный элемент 2 H 2 O 2 2 H 2 O

Слайд 62

Электрохимия, слайд 62
КПД водородного элемента составляет не менее 50%. Областями его использования является автомобильный транспорт (до 70% потенциального рынка), а также системы автономного энергоснабжения

Слайд 63

Электрохимия, слайд 63
КЛАССИФИКАЦИЯ ГЭ ПО НАЗНАЧЕНИЮ ГЭ Химические источники тока Потенциометри-ческие методы анализа

Слайд 64

Электрохимия, слайд 64
Открытие ГЭ принадлежит анатому из Болоньи Л. Гальвани (конец X VIII в). Получение электричества с помощью химических реакций известно в 1800 года, когда А. Вольта описал свой ГЭ.

Слайд 65

Электрохимия, слайд 65
Алоизо Луиджи Гальвани (1726 - 1798) Итальянский врач, анатом и физиолог конца XVIII века; на явление, получившее название "опыт Гальвани", он наткнулся случайно и не смог правильно объяснить, поскольку исходил из ложной гипотезы о существовании животного электричества.

Слайд 66

Электрохимия, слайд 66
8.3 Потенциометрия – совокупность физико-химических методов анализа, основанных на измерении э.д.с специально составленных ГЭ.

Слайд 67

Электрохимия, слайд 67
Потенциометрия ПРЯМАЯ КОСВЕННАЯ Определение р Н растворов Потенциоме-трическое титрование

Слайд 68

Электрохимия, слайд 68
Типы электродов, применяемых в потенциометрии Электроды 1-го рода – металл, опущенный в раствор своей соли: Cu / Cu 2 aq; Zn / Zn 2 aq

Слайд 69

Электрохимия, слайд 69
φ φ 0 0,0592 n lg Me n Me n - потенциалопределяющий ион

Слайд 70

Электрохимия, слайд 70
Электроды 2-го рода – металл, покрытый слоем своего труднорастворимого соединения и опущенный в раствор соли .

Слайд 71

Электрохимия, слайд 71
Ag,Ag Cl / KCl(нас) При его работе протекает ОВ полуреакция: Ag Cl ē Ag Cl - φ φ o – 0,0592 lg Cl Устройство и принцип действия хлорсеребряного электрода Ag,Ag Cl KCl

Слайд 72

Электрохимия, слайд 72
Устройство и принцип действия водородного электрода Pt, H 2 /2H a q 2 H 2 ē H 2 φ φ o 0,0592 lg H или φ – 0,0592 p H, т.к. φ o C ВЭ О Газовые электроды

Слайд 73

Электрохимия, слайд 73
Ионоселективные электроды (ИСЭ) позволяют определять содержание определенного иона в исследуемом растворе, содержащим смесь различных ионов.

Слайд 74

Электрохимия, слайд 74
Стеклянный электрод с водородной функцией 0,1 M HCl Ag,Ag Cl Ag, Ag Cl / HCl / ст.мембрана Стеклянная мембрана

Слайд 75

Электрохимия, слайд 75
Из-за различного содержания Н во внутреннем и исследуемом растворах на поверхности мембраны возникает потенциал, равный: φ ст φ o 0,059 lg H φ ст φ o – 0,059 p H

Слайд 76

Электрохимия, слайд 76
Потенциометрическое определение р Н растворов p H- метр ГЭ элемент состоит из стеклянного электрода (измерительного) и хлорсеребряного электрода (вспомогательного) .

Слайд 77

Электрохимия, слайд 77
Ag, Ag Cl HCl ст. Иссл. KCl Ag Cl, Ag мембрана р-р Схема ГЭ для определения р Н Стеклянный электрод Хлорсеребряный электрод

Слайд 78

Электрохимия, слайд 78
Потенциометрическое титрование - это любой метод титриметрического анализа, в котором точка эквивалентности фиксируется по резкому изменению э.д.с гальванического элемента, опущенного в исследуемый раствор.

Слайд 79

Электрохимия, слайд 79
Интегральная кривая потенциометрического титрования Е, В Объем титранта V экв

Слайд 80

Электрохимия, слайд 80
Е V Объем титранта Дифференциальная кривая потенциометрического титрования V экв

Слайд 81

Электрохимия, слайд 81
Потенциометрические методы анализа позволяют: анализировать окрашенные растворы, растворы с осадком и гели, получать точные результаты в короткое время (экспресс-анализ), исследовать состав биологических жидкостей человека без их разрушения, путем введения электродов в пораженные органы и ткани.

Слайд 82

Электрохимия, слайд 82
Благодарим за внимание!!!
^ Наверх
X

Благодарим за оценку!

Мы будем признательны, если Вы так же поделитесь этой презентацией со своими друзьями и подписчиками.