Тепловий ефект реакції залежить від початкового і кінцевого стану речовин і не залежить від промієних стадій реакції.

Відповідно до закону Гесса відомо,що якщо загальний тепловий ефект реакції і тепловий ефект однієї з двох її проміжних стадій, можна вичислити тепловий ефект іншої проміжної стадії.

Завдання для самоконтролю:

1. Для реакції C_{(т) +} O_{2 (г) =} CO_2(г), що супроводжується виділенням теплоти 54,2кДж, запишіть термохімічне рівняння.

2. Дати визначення тепловому ефекту реакції.

3. Кінетична та потенціальна енергія. Термохімія.

4. Закон збереження енергії.

5. Закон Гесса.

 

Рекомендована література:

1. В.П.Басов.Хімія:Навчальний посібник:К.:Каравела,Львів,2003 р.- ст.41-44.

2. Г.П. Хомченко.Посібник з хімії.-К.:Видавництво АСК.,2003р.-ст. 19-22.

3. Н.М.Буринська. Основи загальної хімії, 11клас:Підручник з поглибл. Вивченням хімії.-Київ;Ірпінь:ВТФ «Перун»,1997.- ст.22-27.

4.В.В.Сухан.Хімія:Посібник для вступників до вузів.-К.Либідь,1993.-ст.108-110.

5.А.Т.Пилипенко«Довідник з елементарної хімії»-К.,Наукова думка.1977р.с104-106.

6.І.А.Гройсман.Хімія.Закони, схеми, формули, рівняння.Київ: «Логос»,1998р.- 19-20.

7. Матеріали з Інтернету.

Самостійне вивчення.

Тема: Гальванічний елемент. Електродний потенціал.

План:

1. Гальванічний елемент.

2. Електродний потенціал.

Теоретичні відомості

Гальванічний елемент- це електрохімічна система, яка складається з двох різних електродів, з’єднаних між собою.

Наприклад: Цинк-Купрум елемент, який записується схематично:

Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ || Cu або Zn | Zn²⁺|| Cu²⁺| Cu

Гальванічний елемент - джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт.

Найпростішим гальванічним елементом є елемент Вольта, в якому використовуються цинковий і мідний електроди, занурені в розчин сірчаної кислоти. Кожен із електродів зокрема разом із електролітом, в який він занурений, утворює напівелемент.

На поверхні кожного з металів, занурених в електроліт, виникає подвійний електричний шар внаслідок переходу частини атомів металу в розчин у вигляді йонів. Як наслідок, кожен із металів отримує електричний заряд. Якщо з'єднати електроди провідником, то заряд стікатиме від електрода з більшим потенціалом, до електрода з меншим потенціалом, утворюючи електричний струм. При цьому потенціали електродів вирівнюватимуться, що призведе до порушення рівноваги між електродом і електролітом. Це, в свою чергу, викликає перехід нових атомів із електроду в електроліт. В результаті в замкненому колі підтримується електричний струм, який супроводжується розчиненням електродів.

Активна маса електроду — це суміш, яка складається з речовини, хімічна енергія яких під дією заряду перетворюється на електричну енергію (активна речовина), і речовин, які покращують її провідність і певні физико-хімічні властивості.

Електродний потенціал — різниця електричних потенціалів між електродом та електролітом, в контакті з яким він знаходиться (найчастіше всього між металом і розчином електроліту).

Якщо пластинку будь-якого металу, наприклад, цинку занурити у воду, то іони цинку, що утворюють кристалічну решітку металу, під дією полярних молекул води гідратуються, зв'язок їх з решіткою послаблюється, і деяка їх кількість, відриваючись від металу, перейде й воду, а на металі залишиться еквівалентна кількість електронів:

Zn = Zn²⁺ + 2e^-

Величина електродного потенціалу залежить від активності речовин-учасників електродного процесу і вимірюється за допомогою рівняння Нернста:

φ= φ⁰₊ (R· T ∕ n· F) · ℓġ Men ⁺

де φ — електродний потенціал;

φ⁰ — стандартний електродний потенціал (потенціал, який виникає на границі метала з розчином його іонів при концентрації останніх 1 моль/л);

R — універсальна газова стала (R =8,31 Дж/(моль. К));

T — абсолютна температура;

n — число електронів, які беруть участь в електрохімічному процесі;

F — число Фарадея (F= 96 500 Кл);

Men⁺ — концентрація іонів металу, моль/л.

Провідник (метал), занурений у розчин електроліту, називається електродом.

Різниця потенціалів (стрибок потенціалу), що виникає на межі поділу електрод — розчин, називається електродним потенціалом.

Величину електродного потенціалу можна розрахувати за рівнянням Нернста:

Для Т=298 К:

Схематичне зображення гальванічного елементу

На малюнку праворуч показана схема дещо складнішого але досконалішого елемента, в якому кожен із металів перебуває в окремому електроліті. Електроліти з'єднані між собою соляним мостом. Активна маса електроду — це суміш, яка складається з речовини, хімічна енергія яких під дією заряду перетворюється на електричну енергію (активна речовина), і речовин, які покращують її провідність і певні физико-хімічні властивості.
Створюємо гальванічний елемент
Візьмемо мідну й цинкову пластинки та очистимо їхні поверхні. Між пластинками покладемо тканину, змочену в слабкому розчині сульфатної кислоти. Виготовлений пристрій являє со-бою найпростіше хімічне джерело електричного струму — гальванічний елемент. Якщо з'єднати нластинки через гальванометр (чутли-нн іі електровимірювальний прилад, який часто використовують як індикатор наявності слабкого електричного струму), то прилад зафіксує наявність струму.
Гальванічний елемент уперше створив італійський учений А. Вольта

назвав його на честь свого співвітчизника Л. Ґальвані (рис. 7.7).

Будь-який гальванічний елемент складається з двох електродів та електроліту. Електроди можна виготовити з різних металів. Досить часто замість одного з металевих електродів використовують вугільний електрод або такий, що містить оксиди металів. Електролітом слугує тверда або рідка речовина, що проводить електричний струм завдяки наявності в ній великої кількості вільних заряджених частинок — йонів.
У гальванічному елементі електродами є цинкова й мідна пластинки, а електролітом — розчин сульфатної кислоти.
Між електродами й електролітом відбуваються хімічні реакції, у результаті яких один із електродів (анод) набуває позитивного заряду, а другий (катод) — негативного. Через деякий час «працездатність» гальванічного елемента закінчується через виснаження запасу речовин, що беруть участь у реакціях.
На рис.

зображено принципову будову манганово-цинкового елемента — одного з видів гальванічних елементів, що широко застосовують для забезпечення електроживлення фотоапаратів, плеєрів, настінних годинників, кишенькових ліхтариків тощо.
Вивчаємо акумулятори
З часом гальванічні елементи стають непридатними до роботи, і їх не можна використати вдруге. А от інший тип хімічних джерел електричного струму — електричні акумулятори — можна використовувати багаторазово.
Акумулятори, як і гальванічні елементи, складаються з двох електродів, поміщених в електроліт. Так, свинцевий акумулятор, використовуваний в автомобілях, має один електрод зі свинцю, а другий — із плюмбум діоксиду; електролітом слугує водний розчин сульфатної кислоти. Мобільні телефони, наприклад, містять літійіонну акумуляторну батарею.
За принципом дії сучасні хімічні джерела струму майже не відрізняються від тих, що були створені понад два століття тому. При цьому зараз існує велика кількість різноманітних видів гальванічних елементів і акумуляторів та здійснюється активна розробка нових. Один від одного вони відрізняються розмірами, масою, енергоємністю, терміном роботи, надійністю, безпекою, вартістю тощо.
Вибір певних видів хімічних джерел струму продиктований сферою їхнього застосування. Так, в автомобілях доцільно використовувати відносно дешеві кислотні акумуляторні батареї, і те, що нони є досить важкими, не є вирішальним фактором. А от джерела струму для мобільних телефонів мають бути легкими та безпечними, тому в них варто використовувати так звані літійіонні батареї, хоча вони є порівняно дорогими.
Підбиваємо підсумки
До хімічних джерел електричного струму належать гальванічні елементи й акумулятори. Гальванічний елемент — хімічне джерело електричного струму одноразового використання. Акумулятор — хімічне джерело електричного струму багаторазового використання. Найперші джерела струму одержали свою назву на честь італійського фізика Луїджі Гальвані. Прикладом гальванічного елемента може бути елемент конструкції італійського фізика Алессандро Вольти (1799 р.).
Пластини Купруму та Цинку занурені у водний розчин сульфатної кислоти H2SO4. Цинк і Купрум розчиняються в кислоті. У результаті хімічних процесів Купрум стає позитивним електродом (зарядженим позитивно стосовно Цинку), а Цинк — негативним. Через зовнішній провідник R іде струм при замкненні ключа К (за напрям струму прийнятий напрям руху зарядів від позитивного електрода до негативного).

Гальванічні елементи — це джерела струму з невідновлюваним запасом електричної енергії (наприклад, батарейки для калькуляторів, годинників, ліхтариків та ін.).
Завдання для самоконтролю:

Задача 1.

Анодом гальванічного елемента є цинк,підібрати метал для катоду. Скласти схему гальванічного елемента,рівняння реакцій катоду і анодного процесів,йонне рівняння реакції,розрахувати ЕРС.

Для катоду вибираємо слабший метал,наприклад,мідь.

Утвориться мідно-цинковий гальванічний елемент.

Zn анод (-) → Zn⁰ – 2eZn²⁺

Cu катод(+) → Cu²⁺ + 2 e Сu⁰

Zn⁰+Cu²⁺ → Zn²⁺+Cu⁰

(-) Zn / ZnSO₄ || CuSO₄ / Cu(+)

(-) Zn / Zn²⁺ || Cu²⁺ / Cu(+)

Задача 2. Розрахувати електронний потенціал срібла в розчині його солі. Срібло занурене у 0,0001 М розчин :

 

Приклади:

1. Електроліз водного розчину NaCl (анод інертний):

2. Електроліз водного розчину :

 

 

3.Електроліз водного розчину :

Завдання для самостійного опрацювання:

Варіант 1

1. Під час електролізу розчинів яких солей біля анода виділяється Оксиген:

а) NaCl; б) ; в) ; г) ; д) NaBr?

2. Яка речовина виділяється на катоді під час електролізу розчину солі Купрума:

а) Гідроген; б)Оксиген; в)Купрум(ІІ) гідроксид; г)Купрума?

3. Скласти схему гальванічного елемента, анодом якого є магній, занурений у розчин , а катодом – срібло, занурене у розчин . Написати рівняння реакції на аноді і на катоді, йонне рівняння реакції, обчислити ЕРС гальванічного елемента.

Варіант 2

1. Під час електролізу розчинів яких солей біля анода не виділятиметься Оксиген:

а) ; б) ; в) ; г) ; д) ?

2. Яка речовина виділяється на аноді під час електролізу розчинів оксигеновмісних солей нікелю: , ?

3. Хімічний процес в гальванічному елементі виражають таким рівнянням . Концентрація йонів і рівна 1 моль/л. Складіть рівняння реакції на катоді і на аноді, йонне рівняння реакції, обчисліть ЕРС гальванічного елемента.

Запитання:

1. Що вивчає електрохімія? Що називають гальванотехнікою?

2. Що називають електродним потенціалом?

3. В чому заклечається принцип дії гальванічного елемента?

4. Як визначається стандартний електродний потенціал?

Рекомендована література:

1. В.П.Басов.Хімія:Навчальний посібник:К.:Каравела,Львів,2003 р.- ст.62-65.

2. Г.П. Хомченко.Посібник з хімії.-К.:Видавництво АСК.,2003р.-ст.185-191;298-301.

3.В.В.Сухан.Хімія:Посібник для вступників до вузів.-К.Либідь,1993.-ст.102-107.

4.І.А.Гройсман.Хімія.Закони, схеми, формули, рівняння.Київ: «Логос»,1998р.- 38-39.

5. Матеріали з Інтернету.

Самостійне вивчення.

Тема: Константа швидкості. Вплив температури на швидкість хімічних реакцій. План:

1. Константа швидкості.

2. Вплив температури на швидкість хімічних реакцій.

 

Теоретичні відомості

Хімічна кінетика – це розділ хімії, що вивчає швидкість хімічних реакцій.

Швидкість гомологічних реакцій звичайно вимірюється кількістю речовини, що вступила в реакцію або утворилася в результаті реакції за одиницю часу в одиниці об`єму.

Δυ

Математично це можна записати так: υ _{(гомол) =} ----------

V Δt

де υ _{(гомол) -} швидкість реакції в гомогенній системі; υ - кількість речовини однієї з вигідних речовин або продуктів реакції; V – об`єм; t – час; Δυ = υ₂ - υ_1; Δt = t₂ - t_1.

Швидкість хімічної реакції виражають у: моль / (л · с).

Розглянемо в загальному вигляді швидкість реакції, що відбувається за рівнянням:

A+ B = C + D

В міру витрачення речовини А швидкість реакції зменшується (як це показано на рисунку 4.1). Звідси випливає що швидкість реакції можна визначити лише для деякого проміжку часу. Оскільки концентрація речовини А в момент часу t₁ вимірюється величиною с₁, а в момент t₂ – величиною с₂, то за проміжок часу

Δt =t₂-t₁ зміна концентрації речовин становитиме Δс = с₂ – с_1, звідки можна визначити середню швидкість реакції (υ):

 

 

c₂ – c₁ Δc

υ = - -------- = --------.

t₂ – t₁ Δt