ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Рекомендовано методическим советом УрФУ
в качестве учебного пособия для студентов,
обучающихся по программе бакалавриата
по направлению подготовки 020100 «Химия»
и по специальности 020201 «Фундаментальная и прикладная химия»
Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. <...> ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Рекомендовано методическим советом УрФУ
в качестве учебного пособия для студентов,
обучающихся по программе бакалавриата
по направлению подготовки 020100 «Химия»
и по специальности 020201 «Фундаментальная и прикладная химия»
Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2012
УДК 544.63(075.8)
Ч467
ВВЕДЕНИЕ
Рецензенты: <...> Б р о н и н, доктор химических наук,
старший научный сотрудник, заведующий лабораторией кинетики
Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН; <...> Приведена классификация электродов и гальванических
элементов, рассмотрены физико-химические методы, связанные с
измерением ЭДС гальванических элементов, даны примеры практического использования гальванических элементов в устройствах
преобразования энергии. <...> (0.1)
Если этот процесс происходит в некотором реакционном
пространстве, то направления перескоков электронов между
сталкивающимися ионами будут хаотическими, т. е.
суммарное направленное движение заряда (электрический
ток), а следовательно, и электрическая работа отсутствуют. <...> Б р о н и н, доктор химических наук,
старший научный сотрудник, заведующий лабораторией кинетики
Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН; <...> Приведена классификация электродов и гальванических
элементов, рассмотрены физико-химические методы, связанные с
измерением ЭДС гальванических элементов, даны примеры практического использования гальванических элементов в устройствах
преобразования энергии. <...> (0.1)
Если этот процесс происходит в некотором <...>
Электрохимические_равновесия_«электрод_–_электролит»._Гальванические_элементы.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. ЕЛЬЦИНА
В. А. Черепанов
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ
РАВНОВЕСИЯ
«ЭЛЕКТРОД – ЭЛЕКТРОЛИТ».
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Рекомендовано методическим советом УрФУ
в качестве учебного пособия для студентов,
обучающихся по программе бакалавриата
по направлению подготовки 020100 «Химия»
и по специальности 020201 «Фундаментальная и прикладная химия»
Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2012
Стр.3
УДК 544.63(075.8)
Ч467
Рецензенты:
Д. И. Брони н, доктор химических наук,
старший научный сотрудник, заведующий лабораторией кинетики
Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН;
Н. Ю. Стожко, доктор химических наук, профессор,
заведующая кафедрой физики и химии
Уральского государственного экономического университета
Черепанов, В. А.
×467
Электрохимические равновесия «электрод – электролит».
Гальванические элементы : [учеб. пособие] / В. А. Черепанов. –
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2012. – 88 с.
ISBN 978-5-7996-0786-9
В учебном пособии изложены общие вопросы электрохимического
равновесия в системах «электрод – электролит» с
использованием термодинамического подхода, а также механизмы
формирования скачка потенциала на межфазных границах.
Приведена классификация электродов и гальванических
элементов, рассмотрены физико-химические методы, связанные с
измерением ЭДС гальванических элементов, даны примеры практического
использования гальванических элементов в устройствах
преобразования энергии.
Предназначено для студентов химического факультета,
изучающих общий курс физической химии.
УДК 544.63(075.8)
ISBN 978-5-7996-0786-9
© Уральский федеральный университет, 2012
© Черепанов В. А., 2012
2
Стр.4
ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных вопросов электрохимии является
выявление закономерностей преобразования химической
энергии в электрическую и наоборот, электрической энергии
– в энергию химических превращений. В этом смысле нас
будут интересовать окислительно-восстановительные
реакции, связанные с передачей электронов.
Рассмотрим протекающую в растворе окислительновосстановительную
реакцию, например:
2Fe2+
+ Sn4+
= 2Fe3+
+ Sn2+
(0.1)
Если этот процесс происходит в некотором реакционном
пространстве, то направления перескоков электронов между
сталкивающимися ионами будут хаотическими, т. е.
суммарное направленное движение заряда (электрический
ток), а следовательно, и электрическая работа отсутствуют.
При этом путь каждого из перескакивающих электронов
будет очень мал. В результате этого все изменение
внутренней энергии (или энтальпии) системы будет
проявляться в виде теплового эффекта реакции
DU = Qv
и DH = Qp
.
(0.2)
Электрическая энергия проявляется в возможности протекания
электрического тока – направленного движения
заряженных частиц (перенос заряда). Следовательно, если
мы ставим себе целью получить электрический ток при
реализации какой-либо окислительно-восстановительной
реакции, то необходимо пространственно разнести
восстановитель, отдающий электроны, и окислитель,
принимающий их, создав условия для их направленного переноса
по определенному пути (металлический проводник).
3
Стр.5
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
1. Основы термодинамики электрохимических систем
2. Международная конвенция об ЭДС
и электродных потенциалах
3. Классификация электродов
3.1. Электроды 1-го рода
3.2. Электроды 2-го рода
3.3. Окислительно-восстановительные (редокси-) электроды
3.4. Газовые электроды
4. Электрохимические цепи (гальванические элементы)
4.1. Классификация электрохимических систем
4.2. Определение чисел переноса с использованием метода ЭДС
4.3. Термодинамика гальванического элемента
4.4. Использование метода ЭДС для определения коэффициентов
активности
5. Механизм образования ЭДС
и природа электродного потенциала
5.1. Скачки потенциала в электрохимических системах
5.2. Природа скачка потенциала на границе раздела фаз
5.3. Двойной электрический слой на границе раздела «электрод –
электролит»
6. Примеры использования гальванических элементов
на получения энергии
6.1. Электрохимические источники тока
111
Стр.115
Учебное издание
Черепанов Владимир Александрович
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ
«ЭЛЕКТРОД – ЭЛЕКТРОЛИТ».
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Учебное пособие
Зав. редакцией М. А. Овечкина
Редактор В. И. Попова
Корректор В. И. Попова
Компьютерная верстка Г. Б. Головиной
План выпуска 2012 г. Подписано в печать 27.12.2012.
Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman.
Уч.-изд. л. 3,8. Усл. печ. л. 5,12. Тираж 150 экз. Заказ 2398.
Издательство Уральского университета.
620000, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4.
Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ.
620000, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4.
Тел.: + (343) 350-56-64, 350-90-13.
Факс: + (343) 358-93-06.
E-mail: press.info@usu.ru
112
Стр.116