Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634757)
Контекстум
.

Сборник примеров и задач по электрохимии. Часть I. Равновесные процессы в растворах электролитов (110,00 руб.)

0   0
АвторыВведенский Александр Викторович, Калужина Светлана Анатольевна, Кравченко Тамара Александровна, Маршаков Игорь Кириллович, Бобринская Елена Валерьевна, Кондрашин Владимир Юрьевич, Протасова Ирина Валентиновна, Соцкая Надежда Васильевна, Тутукина Нина Михайловна, Долгих Ольга Валериевна, Грушевская Светлана Николаевна, Козадеров Олег Александрович, Морозова Наталья Борисовна
ИздательствоИздательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета
Страниц40
ID230251
АннотацияСборник содержит основные фундаментальные положения и уравнения, необходимые для понимания и решения широкого круга задач по электрохимии. Особенностью данного сборника является более подробное изложение теоретической части каждого раздела, с упором на строе определение используемых понятий. В ряде случаев приводится краткий вывод основных формул. Детально разработаны наиболее типичные задачи по равновесным процессам в растворах электролитов.
Кому рекомендованоРекомендуется для студентов всех форм бучения химических специальностей университетов и вузов химико-технологического профиля.
Сборник примеров и задач по электрохимии. Часть I. Равновесные процессы в растворах электролитов / А.В. Введенский, С.А. Калужина, Т.А. Кравченко, И.К. Маршаков, Е.В. Бобринская, В.Ю. Кондрашин, И.В. Протасова, Н.В. Соцкая, Н.М. Тутукина, О.В. Долгих, С.Н. Грушевская, О.А. Козадеров, Н.Б. Морозова .— Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2010 .— 40 с. — 40 с. — URL: https://rucont.ru/efd/230251 (дата обращения: 25.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Равновесные процессы в растворах электролитов Учебное пособие Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2010 Утверждено научно-методическим советом химического факультета 2 декабря 2009 г., протокол № 3 Составители: Введенский А. В., Калужина С. А., Кравченко Т. А., Маршаков И. К., Бобринская Е. В., Кондрашин В. Ю., Протасова И. В., Соцкая Н. В., Тутукина Н. М., Долгих О. В., Грушевская С. Н., Козадеров О. А., Морозова Н. Б. <...> Детально разработаны наиболее типичные задачи по равновесным процессам в растворах электролитов (Часть I), ионному транспорту и кулонометрии (Часть II), равновесным электродным системам (Часть III) и кинетике электродных процессов (Часть IV). <...> По способности к электролитической диссоциации электролиты, как ионофоры, так и ионогены, условно разделяют на сильные и слабые. <...> Сильные электролиты в разбавленных растворах полярных растворителей, например H2O, диссоциированы на ионы практически полностью, тогда как слабые − лишь частично. <...> Процесс равновесной электролитической диссоциации бинарного электролита КА в водной среде схематично отражается уравнением: z+ z− aq + KA = ν + K aq + ν − A aq . <...> (2) Применительно к фазе раствора сильного электролита условие электрохимического равновесия, с учетом (2), имеет вид: μKA + μaq = ν + μ+ + ν − μ− , <...> Поэтому при термодинамическом описании растворов электролитов в качестве стандартного, как правило, выбирается состояние вещества КА в гипотетическом растворе единичной концентрации, но с отсутствующими межчастичными взаимодействиями, из-за чего коэффициенты активности отдельных ионов, как и сами активности, можно принять равными единице. <...> Для ai0 выполняются аналогичные соотношения, однако конкретные значения стандартной концентрации для i-го компонента определяются выбором для него стандартного состояния; применительно к описанному выше варианту выбора стандартного состояния для электролита 0 0 o o o cKA = 1 моль·дм–3, mKA = 1 моль.кг–1 Н2О; xKA = 1 <...>
Сборник_примеров_и_задач_по_электрохимии._Часть_I._Равновесные_процессы_в_растворах_электролитов.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» СБОРНИК ПРИМЕРОВ И ЗАДАЧ ПО ЭЛЕКТРОХИМИИ Часть I. Равновесные процессы в растворах электролитов Учебное пособие Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2010
Стр.1
Содержание Предисловие ..........................................................................................................4 1. Теория................................................................................................................6 1.1. Термодинамика растворов ......................................................................6 1.2. Расчет коэффициентов активности ........................................................9 1.3. Ионные равновесия................................................................................12 1.4. Энергия кристаллической решетки......................................................16 1.5. Гидратация ионов...................................................................................17 2. Примеры решения задач................................................................................19 3. Задачи..............................................................................................................25 3
Стр.3
1.ТЕОРИЯ 1.1. Термодинамика растворов электролитов Соединения, обладающие преимущественной ионной (а также смешанной ионно-электронной или ионно-дырочной) проводимостью в твердом состоянии, расплаве или растворе, являются электролитами. Электролиты с ионной кристаллической решеткой относятся к ионофорам, это, прежде всего, соли и оксиды (NaCl, ZnS, Cu2O и т.д.). Ионогенами являются электролиты с молекулярной решеткой, при этом молекулы обычно характеризуются выраженной полярностью. Примером могут служить кристаллические кислоты (HCl, H2SO4, CH3COOH и пр.). При нормальных условиях большинство ионогенов находится в жидком состоянии. По способности к электролитической диссоциации электролиты, как ионофоры, так и ионогены, условно разделяют на сильные и слабые. Сильные электролиты в разбавленных растворах полярных растворителей, например H2O, диссоциированы на ионы практически полностью, тогда как слабые − лишь частично. Процесс равновесной электролитической диссоциации бинарного электролита КА в водной среде схематично отражается уравнением: aq aq KA K A z += + . (1)+− aq + Здесь + и z− нов, возникающих при разрыве ионной связи KA zz − + и − − − количество положительно и отрицательно заряженных ио+ − в кристалле ионофора или распаде молекулы ионогена; z+ и z− − зарядовые числа ионов, связанные с условием электронейтральности электролита: zz + +− − трохимического равновесия, с учетом (2), имеет вид: KA aq где мают, что 0 μ и 0 i 1 i i μ μ μ μμ μ ( ii i Здесь iμ − химический потенциал i-го компонента раствора, a − его активность, а 0 =+ aai. (4)RTln i 00 ) a − то же, но в стандартном состоянии. Как правило, приниa = , что позволяет придать выражениям, включающим активность компонентов раствора, более простой вид. К примеру: 0 μ μ ii i =+ a, (5)RTln но теперь ia − так называемая термодинамическая активность. Для растворов неэлектролитов в качестве стандартного состояния каждого из компонентов естественно выбрать состояние чистого вещества. В случае растворов электролитов такой подход может быть распространен 6 = . (2) Применительно к фазе раствора сильного электролита условие элек+ =+ , (3)+ +− − νν ν ν ν ν ν ν ν ν
Стр.6
только на растворитель. К растворенному веществу КА он не может быть применен, ибо требует одновременного выполнения условий 00 aa + Kz == , что в реальном растворе физически невыполнимо. Поэтому при a −z 1 0 A термодинамическом описании растворов электролитов в качестве стандартного, как правило, выбирается состояние вещества КА в гипотетическом растворе единичной концентрации, но с отсутствующими межчастичными взаимодействиями, из-за чего коэффициенты активности отдельных ионов, как и сами активности, можно принять равными единице. Использование формы записи (5) для химического потенциала равносильно допущению, что термодинамическая активность безразмерна, в противном случае ее логарифмирование было бы невозможным. В то же время активности, входящие в (4), имеют размерности концентраций, с которыми они связаны соответствующим коэффициентом активности: ⋅ c ; am;=⋅ =i ,c i ,m i ,m i a i,m i,c i,c i a i,x = i ,x i Здесь im и ic − моляльная и молярная концентрации, x − мольная доля, а γ , γ и i,xγ − моляльный, молярный и рациональный коэффициенты активности. Для 0 ⋅ x ; i ные значения стандартной концентрации для i-го компонента определяются выбором для него стандартного состояния; применительно к описанному выше варианту выбора стандартного состояния для электролита 0 cKA = моль·дм–3, m 1= моль.кг–1 Н2О; KA 0 1 то и ai ,m o KA x = . Поскольку γi,m 1 o = = = 1o o γi,c тов активности используют, для удобства, разные обозначения: i,c = fi . Химические потенциалы iμ и 0 i i γi,x i,m i = , o = ai ,c = ai ,x . Заметим, что для моляльного и молярного коэффициенo , μ , будучи парциальными молярными μ не зависит, естественно, от способа выражения концентрации компонента. Напротив, значения 0 скомпенсировать соответствующие изменения в активностях. Определить экспериментально активности (а значит, и коэффициенты активности) катиона и аниона электролита невозможно, ибо нельзя приготовить раствор из ионов одного типа. Поэтому вводят понятие средней ионной активности, соответственно моляльной, молярной или рациональной: 11 1// / = a + aa a=⋅ = a+,c ±+ −,m ,m что +− 0 aq ,m ⎡ ⎤⎡ ⎤⎡ ⎤ ⎣ ⎦⎣ ⎦⎣ ⎦,x +− + ⋅ a − −,c +,x ⋅ a− , (7) − где =+ . Выражения (7) несложно получить из (3) и (4) при условии, aq ≈ , которое обычно надежно выполняется. Аналогичным обра7 энергетическими характеристиками, имеют размерность Дж.моль–1. При этом i μ различны в разных концентрационных шкалах, чтобы (6) ai выполняются аналогичные соотношения, однако конкретKA== γγ γ γ γ νν ν ν ν ν ν γ νν ν ννμ μ
Стр.7
зом, используя (6), вводят в рассмотрение средний ионный коэффициент активности: ±+ −=⋅ =±,c ,m ⎣⎦ ⎣ +,c ⎡⎤ ⎡ +− ; ,m ,m mm m ; cc c − +− ±+ −=⋅ = ± ±±; ,m = ±±f= ,c . ⎣⎦ ⎣ + а также средние ионные концентрации: ⎡⎤ ⎡ 11 − ⎤ + ⋅ − ⎦,c ⎤ 11 + ⋅ // 1/ ± = ⎡ ,x ⎣ +,x x x= ⎡ ± ⎣ + + ⋅ −,x // 1/ − ⎦ − ⎦ ⎦ − ⎤ , (8) + ⋅ x − ⎤ . (9) Как и для коэффициентов активности отдельных ионов, используются обозначения: компактном виде: ± творов x С использованием (8) и (9) формулы (7) можно представить в более ,m =⋅ = ⋅ a m ;a f c ;a x±, (10)±,x при этом mm L=⋅ ; cc L=⋅ , а для не слишком концентрированных рас1/ ± ±± ±,c ± L +− =⋅ +− ⎣⎦ Таблица 1 Значения валентного фактора электролита / +− 3; 1/3 K3[Fe(CN)6]; AlCl3 2/3; 3/2 2; 1/2 Примеры 4; 1/4 K4[Fe(CN)6]; Th(NO3)4 Al2(SO4)3; Cu3(PO4)2 f±± L 1 NaCl; ZnSO4; La[Fe(CN)6] 1 Na2SO4; MgCl2 1,587 2,280 2,551 3,031 женными в разных концентрационных шкалах, дается соотношениями: 0 ±± 10.001 полняется. Кроме того, без особой погрешности можно принять, что при m ≤ 0,01 моль.кг–1 то можно считать ,( )aa ; для неводных сред это приближение не вы,( )x ≈ . Во всех случаях в бесконечно разбавленных ±±,( m ) ±± 0 cm,( ) ±± растворах, приближающихся по свойствам к идеальным, ≈≈ = . Применительно к электролитической диссоциации слабых электроли±± ± x 1 f K aa a = , (13) KA + ν+ ⋅ ν− − 8 , тов условие равновесия (3) сохраняет свой вид, однако его удобнее выразить в иной форме: ,0) c Связь между средними ионными коэффициентами активности, выраρ m x =⋅ + , (12)M m =⋅ , (11) ( где 0 и 0M − плотность и молярная масса чистого растворителя. Из (11) следует, чтоaa,( c )=⋅ . Поскольку для воды при 298 К 0 = 0,997г·см–3, ≈ ± ± ± = ⋅ ,x ± x≈ . Здесь ⎡⎤ − так называемый валентный фактор; его значения для разных типов электролитов приведены в табл. 1. νν ν γ γ ν γ ν γγ νν γ ν νν γ γ γ γ νν νν ρ γ ν ν γ γ ρ γ ρ γ γν γ ν ν γ ν ν γ νν γ ν γ ν ν
Стр.8

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
.