Презентация - Электрохимия


ЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимияЭлектрохимия
На весь экран

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Лекция 8 Электрохимия

Слайд 2

Электрохимия – это раздел химической науки, изучающий электрохимические процессы .

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

Большинство электрохимических процессов являются окислительно-восстановительными .

Слайд 5

План 8.1 Термодинамика ОВР 8.2 Устройство и принцип действия гальванических элементов 8.3 Потенциометрические методы анализа

Слайд 6

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

Слайд 7

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

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

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

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

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

Схема межмолекулярной ОВР : Ок 1 Вос 2 Ок 2 Вос 1 Ок 1 / Вос 1 Ок 2 / Вос 2 сопряженные пары

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

При Т 298 К

Слайд 24

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

Слайд 25

Пример: Mn O 4 8H 5 ē Mn 2 4H 2 O Окисленная форма Восстановленная форма φ φ 0

Слайд 26

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

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

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

А эл n FE A эл – Δ r G Δ r G – n FE

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

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

Слайд 33

При Т 298К К 10 n E 0 0 , 0592

Слайд 34

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

Слайд 35

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

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

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

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

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

Слайд 40

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

Слайд 41

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

Слайд 42

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

Слайд 43

Солевой мостик Медно-цинковый элемент Якоби-Даниеля Внешняя цепь

Слайд 44

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

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

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

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

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

(-)Zn / Zn 2 // Cu 2 / Cu ( ) Схема медно-цинкового гальванического элемента

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

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

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

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

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

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

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

Слайд 57

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

Слайд 58

КЛАССИФИКАЦИЯ ГЭ Хими-ческие Концент-рацион-ные Топлив-ные

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

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

Топливный водородный элемент 2 H 2 O 2 2 H 2 O

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

КЛАССИФИКАЦИЯ ГЭ ПО НАЗНАЧЕНИЮ ГЭ Химические источники тока Потенциометри-ческие методы анализа

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

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

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

Слайд 67

Потенциометрия ПРЯМАЯ КОСВЕННАЯ Определение р Н растворов Потенциоме-трическое титрование

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

φ φ 0 0,0592 n lg Me n Me n - потенциалопределяющий ион

Слайд 70

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

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

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

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

Слайд 74

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

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

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

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

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

Интегральная кривая потенциометрического титрования Е, В Объем титранта V экв

Слайд 80

Е V Объем титранта Дифференциальная кривая потенциометрического титрования V экв

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

Благодарим за внимание!!!