Ak Elektrochemia

Download Ak Elektrochemia

Post on 26-Jun-2015

1.224 views

Category:

Documents

8 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<ul><li> 1. ElektrochemiaElektrochemia </li></ul> <p> 2. REAKCJE REDOKSREAKCJE REDOKS Reakcje, w ktrych nastpuje przekazywanie elektronw pomidzy reagentami nazywamy reakcjami redoks (red-ox) Reakcje spalania, oddychania, fotosyntezy, korozji Utlenianie (ox): Redukcja (red): A A+ + e- B + e- B- 3. OGNIWO ELEKTROCHEMICZNEOGNIWO ELEKTROCHEMICZNE Urzdzenie pozwalajce bada reakcje chemiczne na drodze pomiarw wielkoci elektrycznych jest ogniwo galwaniczne. Ogniwo skada si z dwch przewodnikw elektrycznoci (elektrod) zanurzonych w elektrolicie. Elektroda wraz z otaczajcym j elektrolitem stanowi pogniwo. Oba pogniwa mog mie wsplny elektrolit lub mog by zanurzone w rnych elektrolitach. 4. OGNIWO ELEKTROCHEMICZNEOGNIWO ELEKTROCHEMICZNE Elektrody Ogniwo elektrochemiczne lub elektrolizer, w ktrym obie elektrody s zanurzone w tym samym roztworze 5. Klucz elektrolityczny elektroda elektroda OGNIWO ELEKTROCHEMICZNEOGNIWO ELEKTROCHEMICZNE Ogniwo elektrochemiczne, w ktrym elektrody s zanurzone w rnych elektrolitach. Oba pogniwa poczone s kluczem elektrolitycznym. 6. Urzdzenie zbudowane w taki sposb jak ogniwo, lecz w ktrym przebieg niesamorzutnej reakcji zostaje wymuszony przez przyczenie elektrod do zewntrznego rda prdu staego nazywamy elektrolizeremelektrolizerem. Reakcje zachodzce pod wpywem przyoonego prdu nazywamy elektrolizelektroliz. ELEKTROLIZERELEKTROLIZER 7. OGNIWO vs. ELEKTROLIZEROGNIWO vs. ELEKTROLIZER 8. REAKCJE CZSTKOWEREAKCJE CZSTKOWE Podobnie, jak przy reakcjach kwasowo-zasadowych, rwnie w elektrochemii reakcj redoks moemy rozoy na dwie reakcje czstkowe: utraty elektronu, przyczenia elektronu. Zn(s) Zn2+ (aq) + 2e- Utlenianie ZnUtlenianie Zn Cu2+ (aq) + 2e- Cu(s) Redukcja CuRedukcja Cu2+2+ Cu2+ + Zn(s) Cu(s) + Zn2+ (aq) 9. Elektroda Reakcja elektrodowa Potencja standardowy (V) Li/Li+ Li Li+ + e - 3,05 K/K+ K K+ + e - 2,93 Ca/Ca2+ Ca Ca2+ + 2e - 2,84 Na, Na+ Na Na+ + e - 2,71 Mg/Mg2+ Mg Mg2+ + 2e - 2,37 Al/Al3+ Al Al3+ + 3e - 1,66 Zn/Zn2+ Zn Zn2+ + 2e - 0,76 Cr/Cr3+ Cr Cr3+ + 3e - 0,71 Fe/Fe2+ Fe Fe2+ + 2e - 0,44 Cd/Cd2+ Cd Cd2+ + 2e - 0,43 Co/Co2+ Co Co2+ + 2e - 0,25 Ni/Ni2+ Ni Ni2+ + 2e - 0,24 Sn/Sn2+ Sn Sn2+ + 2e - 0,14 Pb/Pb2+ Pb Pb2+ + 2e - 0,13 H2 /H+ H2 2H+ + 2e 0,00 Cu/Cu2+ Cu2+ + 2e Cu + 0,345 Hg/Hg2+ Hg2+ + 2e Hg + 0,854 Ag/Ag+ Ag+ + e Ag + 0,800 Au/Au+ Au+ + e Au + 1,420 10. REAKCJE CZSTKOWEREAKCJE CZSTKOWE Przyjto umow, by wszystkie reakcje czstkowe zapisywa jako reakcje redukcji. Reakcj utleniania cynku zapiszemy jako reakcj odwrotn czstkow redukcji Zn2+ : Pena reakcja redoks jest rnic dwch czstkowych reakcji redukcji. Zn2+ (aq) + 2e- Zn(s) 11. REAKCJE CZSTKOWEREAKCJE CZSTKOWE MnO4 - (aq) + 8H+ (aq) + 5e- Mn2+ (aq) + 4H2O(c) Cr2O7 2- (aq) + 14H+ (aq) + 6e- 2Cr3+ (aq) + 7H2O(c) R-COOH(aq) + 2H+ (aq) + 2e- R-CHO + H2O 12. PARA REDOKSPARA REDOKS Forma utleniona i zredukowana w reakcji czstkowej tworz par redoks Ox/Red. Zn2+ /Zn Cu2+ /Cu MnO4 - , H+ /Mn2+ Cr2O7 2- , H+ /Cr3+ RCOOH, H+ /RCHO RCHO, H+ /RCH2OH 13. POGNIWO GAZOWEPOGNIWO GAZOWE Jest to rodzaj pogniwa, w ktrym gaz znajduje si w rwnowadze ze swoimi jonami w obecnoci biernego metalu speniajcego funkcje katalityczne. H+ H+ H+ Pogniwo wodorowe. Para redoks to H+ /H2 H+ (aq) + e- H2(g) 14. POGNIWO REDOKSPOGNIWO REDOKS Elektroda platynowa Fe2+ Fe3+ Pogniwo redoks skada si z roztworu pary redoks stanowicego elektrolit oraz biernego metalu. Fe3+ (aq) + e- Fe2+ (aq) 15. POGNIWO DRUGIEGO RODZAJUPOGNIWO DRUGIEGO RODZAJU Skada si z metalu pokrytego warstw nierozpuszczlnej soli tego metalu i zanurzonego w roztworze, ktry zawiera jony bdce anionami reszty kwasowej nierozpuszczalnej soli. Powoka AgCl na Ag Cl- Cl- Cl- Ogniwo chlorosrebrowe AgCl(s) + e- Ag(s) + Cl- (aq) 16. W termodynamicznym opisie ukadw, w ktrych przebiega reakcja chemiczna i nie zosta osignity stan rwnowagi chemicznej dogodnie jest uywa ilorazu reakcji Q. Zn2+ (aq) + 2e- Zn(s) + = 2 Cu 1 Q a H+ (aq) + e- H2(g) + = H 0.5 H )( Q 2 a a MnO4 - (aq) + 8H+ (aq) + 5e- Mn2+ (aq) + 4H2O(c) 8 HMnO Mn )( Q 4 2 + + = aa a AgCl(s) + e- Ag(s) + Cl- (aq) = Cl Q a Fe3+ (aq) + e- Fe2+ (aq) + + = 3 2 Fe Fe Q a a 17. W ogniwie galwanicznym uwalnianie elektrony w jednym pogniwie s zuywane w drugim pogniwie. Dopki reakcja sumaryczna nie osignie stanu rwnowagi, dopty czstkowe reakcje pchaj elektrony do obwodu. Jeeli reakcja nie jest w stanie rwnowagi, to ogniwo moe wykonywa prac elektryczn. Praca ta zaley od rnicy potencjaw panujcej midzy elektrodami. Rnic t nazywamy napiciem ogniwa (E)napiciem ogniwa (E). Napicie ogniwa ~ sia elektromotoryczna ogniwa [V] 18. Maksymalna praca elektryczna, jak moe wykona ukad (ogniwo galwaniczne) okrelona jest wartoci entalpii swobodnej (G) przy staej temperaturze oraz cinieniu. w = G Gr= - n F E Pomidzy si elektromotoryczn (E), a entalpi swobodn reakcji ogniwa (Gr) zachodzi zwizek: F staa Faradaya =&gt; 96485 C/mol [C V = J] 19. Ujemny znak oznacza, e gdy sia elektromotoryczna jest dodatnia to entalpia swobodna jest ujemna, a to natomiast odpowiada samorzutnemu przebiegowi reakcji ogniwa. Rwnanie to oznacza, e jestemy w stanie policzy warto siy elektromotorycznej ukadu, gdy znamy warto entalpii swobodnej reakcji ogniwa. Gr= - n F E 20. RWNANIE NERNSTARWNANIE NERNSTA Gr = Gr o + R T lnQ Gr = -n F E lnQ nF RT EE o = Eo standardowa sia elektromotoryczna ogniwa n ilo elektronw biorcych udzia w reakcji redoks W stanie rwnowagi chemicznej: lnK nF RT EE o = 21. RWNANIE NERNSTARWNANIE NERNSTA lnQ nF RT EE o = W temperaturze 25 o C RT/F = 0,0257 V = 25,7 mV lnQ n 25,7mV EE o = Gdy w 25 o C n = 2 wwczas RT/(nF) = 0,0129 V = 12,9 mV lnQ12,9mVEE o = 22. RWNANIE NERNSTARWNANIE NERNSTA lnQ nF RT EE o = logQ nF 2,303RT EE o = logarytm naturalny logarytm dziesitny 23. RWNANIE NERNSTARWNANIE NERNSTA O ile zmieni si potencja redoks gdy temperatura wzronie o 10 o C ? O ile zmieni si potencja redoks gdy staa rwnowagi reakcji redoks zwikszy si dziesiciokrotnie? Jaka jest warto staej rwnowagowej wiedzc, e potencja redoks reakcji 2-elektronowej zwikszy si o 59,2 mV w wyniku zmniejszenia temperatury o 8 o C? 24. OGNIWA W STANIE RWNOWAGIOGNIWA W STANIE RWNOWAGI Q = K Reakcja w stanie rwnowagi nie wykonuje pracy. W ogniwie, w ktrrym panuje stan rwnowagi chemicznej Rnica potencjaw elektrod jest rwna 0, (E = 0). RT nFE lnK o = Jeeli E jest dodatnie, to K jest wiksze od 1 i w stanie rwnowagi reakcja ogniwa przesunita jest w stron produktw. Gdy E jest ujemne, K &lt; 1 i w stanie rwnowagi przewaaj substraty. 25. OGNIWA STENIOWEOGNIWA STENIOWE M+ (aq, P) M+ (aq, L) P L Q a a = PL M+ M+ cP &gt; cL Standardowa sia elektromotoryczna ogniwa steniowego Jest rwna zeru, gdy oba pogniwa s identyczne. P L ln F RT E a a = 26. Zredukowana i utleniona forma ryboflawiny tworz par redoks, ktrej Eo = -0,21 V w roztworze o pH = 7. w tych samych warunkach para redoks kwas octowy/ aldehyd octowy wynosi Eo = -0,60 V. Jaka jest warto staej rwnowagi reakcji redukcji ryboflawiny Aldehydem octowym w roztworze wodnym o pH = 7? Zadanie:Zadanie: 27. WPYW pH NA POTENCJA REDUKCJIWPYW pH NA POTENCJA REDUKCJI PARY REDOKSPARY REDOKS W reakcjach czstkowych bardzo wielu par redoks uczestnicz jony wodorowe. lnQ 2F RT EE o = R-COOH(aq) + 2H+ (aq) + 2e- R-CHO + H2O 2 H )( 1 Q + = a pH 2F 2,303RT EE o = pH(59,2mV/2)EE o = 28. WPYW pH NA POTENCJA REDUKCJIWPYW pH NA POTENCJA REDUKCJI PARY REDOKSPARY REDOKS Zaleno potencjau redoks od pH roztworu pozwala Na przeliczenie wartoci potencjaw standardowych Na wartoci potencjaw w biologicznym stanie standardowym (E), tj. w pH = 7. 29. Zadanie:Zadanie: Oblicz potencja pary redoks NAD+ /NADH w biologicznym Stanie standardowym w temperaturze 25 o C. Eo = -0,11 V. NAD+ (aq) + H+ (aq) + 2e- NADH(aq) pHmV)29,59EE' o = ( -0,327V)1029,59V)(-0,11E' -3 == ( 30. POMIAR pH, ZASADA DZIAANIAPOMIAR pH, ZASADA DZIAANIA pH-METRUpH-METRU </p>