Строение водородного электрода

Водородный электрод  состоит из платиновой пластины, покрытой платиновой чернью. Пластина помещена в водный раствор серной кислоты с концентрацией [H⁺] = 1 моль/л, (рН=0). Пластина омывается струей водорода с давлением 1 атм. Процесс, происходящий на пластине H⁺_aq + e ® ½(H₂) E^o_H= 0.

Все остальные стандартные окислительно-восстановительные потенциалы, отнесенные к концентрации 1 моль/л при р=1 атм и t= 25^oC, измерены относительно водородного электрода.

 

 

Ряд напряжений металлов

Если пластинку металла, погруженную в раствор его соли, при концентрации 1 моль/л и t = 25^◦ С соединить с водородным электродом, получится гальванический элемент, ЭДС которого легко измерить. ЭДС такого металлического элемента это стандартный электродный потенциал.

Все металлы, по значениям Е₀ располагаются в рад напряжения металлов.

Этот ряд характеризует химические свойства металлов. Его используют:

1) для определения последовательности разряда ионов при электролизе;

2) для описания общих свойств металлов.

Как пользоваться этим рядом? Правила:

1. Чем больше отрицательное значение Е₀, тем лучшими восстановительными свойствами обладает металл. Li – лучший восстановитель, Au – самый слабый восстановитель.

2. Каждый вышестоящий в ряду напряжения металл вытесняет нижестоящие металлы из растворов их солей.

3. Металлы, стоящие в ряду напряжения до водорода вытесняют водород из разбавленных кислот (кроме НNO₃)

4. Чем больше разность потенциалов у двух металлов, тем больше ЭДС у гальванического элемента, который построен из них.

Окислительно-восстановительные потенциалы

В качестве электродов могут быть использованы окислительно-восстановительные системы или пары, составленные из окисленной и восстановленной форм.

Записывают: окисленная форма / восстановленная форма.

Например: Fe³⁺ / Fe²⁺; MnO₄^- + 8H⁺ / Mn²⁺ + 4H₂O

Потенциал  Е  окислительно – восстановительной пары вычисляется по уравнению Нернста:

 C_ox и C_Red - концентрации окисленной и восстановленной форм соответственно.  Для стандартных условий (298 К) его можно записать следующим образом:

Е – окислительно-восстановительный потенциал данный пары в Вольтах

Е₀ – стандартный окислительно-восстановительный потенциал (приведен в справочниках)

n – число электронов, участвующих в ОВР

C_ox – концентрация окисленной формы в системе (моль/л).

C_Red – концентрация восстановленной формы (моль/л).

Если C_ox = C_Red; и C_ox / C_Red = 1, тогда Е = Е₀

Стандартным электродным окислительно-восстановительным потенциалом (редокс потенциалом) называется потенциал окислительно- восстановительной системы, измеренный по отношению к стандартному водородному электроду, принятому за 0, когда отношение концентраций окисленной и восстановленной форм равно 1.

Пример:

Е₀ MnO₄^- + 8H⁺ / Mn²⁺ + 4H₂O = +1,51 В

Плюс (+) означает, что электроны движутся от водородного электрода.

Е₀Zn²⁺ | Zn = - 0,76 В

Минус (-) означает, что электроны движутся к водородному электроду.

Значение редокс потенциалов (Е₀) находятся в таблице. При расчетах знак потенциала не менять.

-2.87	Ca^2++ 2e	®	Ca
-1.18	Mn^2+ + 2e	®	Mn
-0.44	Fe^2+ + 2e	®	Fe
-0.41	Cr^3+ + e	®	Cr^2+
-0.14	Sn^2+ + 2e	®	Sn
0	H^+ + e	®	1/2H2
+0.14	S + 2H^+ + 2e	®	H2S
+0.15	Sn^4++ 2e	®	Sn^2+
+0.17	SO4^2-+ 4H^+ + 2e	®	H2SO3 + H2O
+0.337	Cu^2+ + 2e	®	Cu
+0.54	I2 + 2e	®	2I^-
+0.77	Fe^3+ + 2e	®	Fe^2+
+1.065	Br2(ж)+ 2e	®	2Br^-
+1.229	O2 + 4H^+ + 4e	®	2H2O
+1.33	Cr2O7^2- + 14H^+ + 6e	®	2Cr^3++ 7H2O
+1.36	Cl2 + 2e	®	2Cl^-
+1.51	MnO4^- + 8H^+ + 5e	®	Mn^2+ + 4H2O
+2.01	S2O8^2- + 2e	®	2SO4^2-
+2.65	F2 + 2e	®	2F^-

В этой таблице сильные окислители находятся в левом нижнем углу, сильные восстановители - в правом верхнем.

    Анализ ряда:

1) Чем > электроположительное значение Е₀ пары,     тем > окислительными свойствами обладает окисленная форма пары.

2) Чем > электроотрицательное значение Е₀ пары,тем > восстановительными свойствами обладает восстановленная форма пары.