 |
|
Охарактеризувати типи електрохімічних елементів.
У хімічних джерелах струму відбувається пряме перетворення хімічної енергії в електричну. Основними достоїнствами хімічних джерел струму є автономність і високий ККД, а основним недоліком - висока вартість одержуваної електроенергії.Хімічні джерела струму поділяють на гальванічні елементи, акумулятори та паливні елементи.
Гальванічні елементи - хімічний джерело струму, у якому реагенти витрачаються в ході його роботи. Після вичерпання реагентів гальванічний елемент не може бути використаний. В основі дії гальванічного елемента може бути хімічний процес або процес вирівнювання концентрацій двох електролітів - розчинів одного і того ж речовини. За цим критерієм гальванічні елементи діляться на хімічніі концентраційні.
Акумулятори відрізняються від гальванічних елементів тим, що після вичерпання реагентів працездатність акумулятора може бути відновлена пропусканням струму в напрямку, зворотному напрямку струму при роботі. Процес вироблення електричної енергії носить назву розряд, а процес відновлення працездатності акумулятора - заряд. При розряді хімічна енергія перетворюється в електричну, а при заряді - електрична у хімічну. Акумулятор це гальванічний елемент багаторазового використання.
Паливні елементи - це гальванічні елементи, що вимагають в процесі роботи витрати окислювача і відновника, що подаються ззовні. В якості відновника може бути використаний водень, природний газ, метанол та ін, в якості окислювача зазвичай застосовують кисень повітря. Найбільш розроблена конструкція паливного елемента, що працює на водні та кисні.
В електрохімії процеси окислення носять назву анодних процесів, а електрод, на якому протікає окислення називається анод; відповідно, процеси відновлення називаються катодними процесами, а електрод, на якому відбувається відновлення носить назву катод.
Електродним потенціалом називається величина, що дорівнює ЕРС гальванічного елемента, складеного з даного електрода і стандартного водневого електрода.
ЕРС електрохімічного елемента дорівнює різниці електродних потенціалів:
Е = φ1 - φ2
Електродний потенціал електрода вважається позитивним, якщо в гальванічному елементі зі стандартним водневим електродом даний електрод є катодом, і негативним - якщо анодом.
ЕРС «працюючого» гальванічного елемента повинна бути позитивна; інакше електродні процеси йдуть в зворотньому напрямку (відбувається переполюсовка електродів).
Задача.
Розчинення зразка цинку в соляній кислоті при 20° С закінчується через 27 хвилин, а при 40° З такою ж зразок металу розчиняється за 3 хвилини. За який час даний зразок цинку розчиниться при 55 градусів С?
Рішення. Розчинення цинку в соляній кислоті описується рівнянням:
Zn + 2нсl = ZnCl2 + H2
Оскільки у всіх трьох випадках розчиняється однакову кількість зразка, то можна вважати, що середня швидкість реакції обернено пропорційна часу реакції. Отже, при нагріванні від 20° С до 40° С швидкість реакції збільшується в
27/3 = 9 разів.
Це означає, що коефіцієнт γ в рівняння Вант-Гоффа, який показує, у скільки разів збільшується швидкість реакції V при збільшенні температури Т на 10°, дорівнює y = 3. Отже, при нагріванні до 55 ° С швидкість реакції збільшиться у 3(55 - 40)10 = 5,2 рази, а час реакції складе 3/5,2 = 0,577 хв, або 34,6 с.
ЕТАЛОННА ВІДПОВІДЬ
Варіант №29
1. Охарактеризувати титриметричний метод аналызу.
Титриметричний метод аналізу заснований на точному вимірі кількості реактиву, витраченого на реакцію з обумовленою речовиною. Ще недавно цей метод аналізу називали об'ємним у зв'язку з тим, що найпоширенішим у практиці способом виміру кількості реактиву був вимір об'єму розчину, витраченого на реакцію. Однак останнім часом його називають титриметричним аналізом, тому що поряд з виміром об'ємів широко використаються інші методи ( зважування, електрохімічне перетворення та інше ).
Основним видом концентрації у титриметричному аналізі є титр. В аналітичній хімії титр - один із способів вираження концентрації розчину. Титр показує число грамів розчиненої речовини в 1 моль розчину. Титрований, або стандартний, розчин - розчин, концентрація якого відома з високою точністю. Титрування - додавання титрованного розчину до аналізованого для визначення точно еквівалентної кількості. Розчин, яким титрують, часто називають робочим розчином або титрантом. Наприклад, якщо кислота титрується лугом, розчин лугу називається титрантом. Момент титрування, коли кількість доданого титранта хімічно еквівалентно кількості титруємої речовини, називається точкою еквівалентності.
У титриметричному аналізі не може бути використана будь - яка хімічна реакція. Реакції, які застосовують в титриметрії, повинні задовольняти наступним основним вимогам:
1) Реакція повинна протікати кількісно, тобто константа рівноваги реакції повинна бути досить велика;
2) Реакція повинна протікати з великою швидкістю;
3) Реакція не повинна ускладнюватися протіканням побічних реакцій;
4) Повинен існувати спосіб визначення закінчення реакції.
Якщо реакція не задовольняє хоча б одному із цих вимог, вона не може бути використана в титриметричному аналізі.
У титриметричному аналізі використовують реакції різного типу: кислотно-основної взаємодії, комплексоутворення та інші, що задовольняють тим вимогам, які ставляться до титриметричних реакцій. Окремі титриметричні методи одержали назву по типу основної реакції, що протікає при титруванні або за назвою титранта (наприклад, в аргентометричних методах титрантом є розчин AgNO3, у перманганатометричних - розчин КМпО4 і т.д.). По способу фіксування точки еквівалентності виділяють методи титрування з кольоровими індикаторами, методи потенціометричного титрування, кондуктометричного, фотометричного та інші. Один із методів титриметричного аналізу - комплексонометричний методом аналізу.
Комплексонометричний метод аналізу заснований на тому, що речовина, яка міститься у робочому розчині, утворює з аналізуючим катіоном міцнну комплексну сполуку, яке розчиняється у воді. Хоча у ході титрування осад не утворюється, концентрація визначаємого іона по мірі титрування зменшиться, так як все більша кількість його зв'язується в комплекс. В цьому відношені процес комплексоутворення аналогічний процесу осадження. Осадження відбувається тим повніше, чим менше розчинність утворюючегося осаду.
В наш час для хімічного аналізу широко приміняють групу органічних реактивів, об'єднаних під загальною назвою - комплексони. Найбільш широкого використовують комплексон під назвою трилон Б, з якого готують робочий розчин для титрування методом комплексоутворення.
Трилон Б, як і інші комплексони, утворює міцні, розчинні у воді комплексні сполуки з іонами магнію, барію, марганцю, лужноземельних металів, рідко земельних і інших металів.