Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса.

Вопросы к экзамену по химии для гр. БТБ-11, 12

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса.

Основные законы (сохранение массы, постоянства состава, кратных отношений, закон эквивалентов.

1 Закон сохранения массы веществ (М.В. Ломоносов, 1748). Масса веществ, вступающих в химическую

реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Этот закон носит частный характер. Е=m*c2

2 Закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1808). Любое сложное вещество, независимо от способа его получения имеет постоянный качественный и количественный состав. Данный закон носит частный характер и справедлив только для жидких и газообразных соединений с молекулярной структурой. Во второй половине

XIX столетия ученые встретились в своей работе с веществами, в которых состав не был постоянен и зависел от способа получения. Такие соединения Н.С. Курнаков назвал:

а) химические соединения постоянного состава называются дальтонидами;

б) химические соединения переменного состава называются бертоллидами.

3 Закон кратных отношений (Дж. Дальтон, 1863). Если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то масса одного из элементов, приходящихся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа.

4 Закон эквивалентов. Количество элемента или вещества, которое взаимодействует с одним атомом водорода (1 г) или замещает это количество водорода в химической реакции, называется эквивалентом (Э). Численно эквивалент никогда не бывает больше 1.

Масса одного эквивалента вещества называется эквивалентной массой (Мэ, г/моль).

Введение в химию понятия "эквивалент" позволило сформулировать закон эквивалентов: массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ (m1 и m2) прямо пропорциональны их эквивалентным массам (объемам).

Математическое выражение закона эквивалентов

m1/m2 = Mэ1/Mэ2.

m1/Mэ1 = m2/Mэ2

m/Mэ = Vн.у/Vэ.

Vэ = 22,4 ⋅ Мэ/М (дм3).

Закон объемных отношений. Закон Авогадро. Следствия. Определение молекулярных масс газообразных веществ. Парциальное давление газа.

1 Закон объемных отношений (физик Гей-Люссак) объемы вступающие в реакцию газов относятся друг к другу и объемов образующихся газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа при одной и той же температуре и давление

2 Закон парциальных давлений (Дж. Дальтон, 1803). Общее давление смеси газов, не вступающих в реакцию друг с другом, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь

Р общ. = р1 + р2 + р3 +….

Парциальное давление – представляет собой то давление которое производило бы имеющиеся в смеси количество данного газа если бы оно одно занимала при той же температуре весь объем занимаемой смесью

3 Закон А. Авогадро (1811). В равных объемах любых газов взятых при одной и той же температуре и одинаковом давлении содержится одинаковое число молекул.

Из закона А. Авогадро вытекают следующие следствия:

1) 1 моль любого вещества независимо от агригатного состояния при норм.условии содержит одинаковое число структурных единиц

n=N/Na

н.у: t=0°C или279 К; p= 1 амп,760 мм.р.с=101.925 кПа=101325 Па

2) 1 моль любого газа при норм.условии занимает объем равный 22.4 л/моль

n = Vн.у/Vm

Vm - молярный объем = 22.4 л/моль

3) из закона авагадра вытекает что равный объем и газ при н.у содержит равное число молекул следовательно масса двух газов взятых в одинаковых объемах должны относится друг к другу как их малекулярная масса

М1/М2 = m1/m2

Моль любого вещества и атом любого элемента, независимо от условий и агрегатного состояния содержит одинаковое число молекул 6,02⋅1023, 6,02⋅1023 – эта величина называется числом Авогадро (Na) или постоянной Авогадро.

4 Закон Р. Бойля–Э. Мариотта. При постоянной температуре объем данного газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится:

VP = V1P1 или PоVо = PV.

5 Закон Гей–Люссака. При постоянном давлении изменение объема прямо пропорционально температуре:

V/T = V1/T1 или Vо/Tо = V/T.

6 Объединенный газовый закон

PV/T = P1V1/T1.

7 Уравнение Менделеева-Клапейрона

РV = mRT/M, где R – универсальная газовая постоянная, вычисляемая по уравнению

Периодические функции.

Периодическая функция ― функция, повторяющая свои значения через какой-то регулярный интервал, то есть не меняющая своего значения при добавлении к аргументу фиксированного ненулевого числа (периода функции).

Говоря более формально, функция периодична, если существует такое число T≠0 (период), что на всей области определения функции выполняется равенство Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru .

Все тригонометрические функции являются периодическими.

Формальное определение

Пусть Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru есть абелева группа (обычно предполагается Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — вещественные числа с операцией сложения или Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — комплексные числа). Функция Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru (где Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — произвольное множество её значений) называется периодической с периодом Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru , если справедливо

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru .

Если это равенство не выполнено ни для какого Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru , то функция Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru называется апериодической.

Если для функции Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru существуют два периода Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru , отношение которых не равно вещественному числу, то есть Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru , то Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru называется двоякопериодической функцией. В этом случае значения Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru на всей плоскости определяются значениями в параллелограмме, натянутом на Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru .

Замечание

Период функции определён неоднозначно. В частности, если Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — период, то и любой элемент Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru вида Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru (или Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru , если в области определения функции определена операция умножения), где Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — произвольное натуральное число, также является периодом.

Множество всех периодов функции образует аддитивную группу.

Однако если у множества периодов Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru имеется наименьшее значение, то оно называется основным (или главным) периодом функции.

Примеры

  • Вещественные функции синус и косинус являются периодическими с основным периодом Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru , так как

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

  • Функция, равная константе Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru , является периодической, и любое ненулевое число является её периодом. Основного периода функция не имеет.
  • Функция Дирихле является периодической, её периодом является любое ненулевое рациональное число. Основного периода она также не имеет.
  • Функция Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru является апериодической.

Ионная связь.

Ионная связь может быть представлена как крайний случай ковалентной связи. Химическая связь, образующаяся при взаимодействии наиболее электроотрицательных элементов с наименее электроотрицательными, называется ионной (В. Коссель, 1916).

Особенности ионной связи:

1) не направлена. Объясняется тем, что электрическое поле иона обладает сферической симметрией, поэтому взаимодействие между ионами осуществляется одинаково независимо от направления;

2) не насыщена. К данному сферическому иону может присоединиться различное число противоположных ионов.

Отсутствие у ионной связи направленности и насыщаемости обуславливает склонность ионных молекул к ассоциации, т.е. соединении их друг с другом.

Для определения типа связи используется шкала Л. Полинга:

1) разница в электроотрицательности атомов, образующих связь, равна нулю – связь ковалентная неполярная;

2) разница в электроотрицательности атомов, образующих связь, равна 0,5 – связь ковалентная полярная;

3) разница в электроотрицательности атомов, образующих связь, равна 2,1 – связь на 50 % ионная;

4) разница в электроотрицательности атомов, образующих связь, равна больше 2,1 – связь ионная.

Кроме шкалы Л. Полинга можно использовать значения дипольных моментов молекул и по этим значениям можно ориентировочно установить градацию:

− µ = 0 – связь неполярная ковалентная;

− 0 < µ < 3,90 D – связь ковалентная полярная;

− µ > 3,90 D – связь ионная.

Водородная связь.

Химическая связь, образуемая протонированным атомом водорода с сильноэлектроотрицательным элементом той же или другой молекулы, называется водородной связью.

Для возникновения водородной связи необходимо:

1) взаимодействующие молекулы должны быть сильно полярны;

2) в молекуле должен быть водород;

3) второй атом в молекуле должен быть сильно электроотрицательным (N, O, F).

Химическая связь, возникающая между молекулами, в состав которых входит водород и сильно электроотрицательный элемент, называется межмолекулярной водородной связью.

Химическая связь, возникающая внутри одной молекулы между двумя функциональными группами, называется внутримолекулярной водородной связью.

Металлическая связь.

Химическая связь, с помощью которой осуществляется взаимодействие между частицами в кристаллах металлов, называется металлической. Пространственный каркас, образованный прямыми линиями, соединяющий частицы в определенных точках пространства, называется кристаллической решеткой.

Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными.

Кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы, называются атомными.

Кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных), называются молекулярными.

Необратимая и обратимая реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье. Примеры.

Необратимые реакции: реакции которые протекают до конца до ионного израсходования одного из реагентов и образует продукты уходящие из сферы реакции в виде осадка, газа , монодиссоциирующего вещ. С большим выдилением теплоты

Обратимые реакции: реакции которые одновременно протекают в двух взаимно противоположных направлениях

Хим.равновесие: это такое состояние реагирующего вещ. При котором скорость прямой реакции равно скорости обратной реакции

Константа равновесия: при установление равновесия произведение концентрации продуктов реакции делимое на произведение концентрации исходного вещ. Величина постоянная

Принцип Ле-Шателье: внешнее воздействие на систему нах. В состояние равновесия приводит к смещению этого равновесия в направление ослабления этого воздействия

1) Влияние концентрации:

Влияние концентрации на состояние равновесия подчиняется следующим правилам:

  • При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции;
  • При повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.

2)Влияние давления: при увиличение давления равновесие смещается в сторону уменьшения числа молекулы газообразных вещ. При уменьшение давления равновесие смещается в сторону возрастания числа молекул газообр. Вещ. , если реакция протекает без изменения числа молекул, то давление не влияет на положение равновесия в этой системе.

N2 + 3H2 ↔ 2NH3

Значит, при повышении давления равновесие смещается в сторону образования NH3, о чём свидетельствуют следующие данные для реакции синтеза аммиака при 400 °C:

давление, МПа 0,1
объемная доля NH3, % 0,4

3)влияние температуры: при повышение темп. Равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижение темпр. В сторону экзотермической реакции.

4) Влияние инертных газов Введение в реакционную смесь или образование в ходе реакции инертных газов действует так же, как и понижение давления, поскольку понижается парциальное давление реагирующих веществ. Следует отметить, что в данном случае в качестве инертного газа рассматривается газ, не участвующий в реакции. В системах с уменьшением количества молей газов инертные газы смещают равновесие в сторону исходных веществ, поэтому в производственных процессах, в которых могут образовываться или накапливаться инертные газы, требуется периодическая продувка газоводов.

22. Гомогенная, гетерогенная, изолированная, системы. Первый закон термодинамики.

Гомогенная система — однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела). В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем.

В гомогенных смесях составные части нельзя обнаружить ни визуально, ни с помощью оптических приборов, поскольку вещества находятся в раздробленном состоянии на микроуровне. Гомогенными смесями являются смеси любых газов и истинные растворы, а также смеси некоторых жидкостей и твердых веществ, например сплавы.

Примеры

  • жидкие или твердые растворы (растворы — гомогенные (однородные) системы, т.е. каждый из компонентов распределен в массе другого в виде молекул, атомов или ионов)[1].
  • лед
  • смесь газов

Гетерогенная система— неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделенных поверхностью раздела. Однородные части (фазы) могут отличаться друг от друга по составу и свойствам. Число веществ (компонентов), термодинамических фаз и степеней свободы связаны правилом фаз. Примерами гетерогенных систем могут служить: жидкость — насыщенный пар; насыщенный раствор с осадком; многие сплавы. Твердый катализатор в токе газа или жидкости тоже гетерогенная система (гетерогенный катализ). В технике гетерогенной системой является кирпичная и каменная кладка, состоящая из кладочных элементов (кирпича, природных или искусственных камней, бетонных блоков и др.) и строительного раствора.

Изолированная система (замкнутая cистема) — термодинамическая система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. В термодинамике постулируется (как результат обобщения опыта), что изолированная система постепенно приходит в состояние термодинамического равновесия, из которого самопроизвольно выйти не может (нулевое начало термодинамики).

Адиабатически изолированнаясистема — термодинамическая система, которая не обменивается с окружающей средой энергией в форме теплоты. Изменение внутренней энергии такой системы равно производимой над ней работе. Всякий процесс в адиабатически изолированной системе называется адиабатическим процессом.

На практике относительная адиабатическая изоляция достигается заключением системы в адиабатическую оболочку (например, сосуд Дьюара). Реальный процесс может также считаться адиабатическим, если он протекает достаточно быстро, так, что за короткое время теплообмен с окружающими телами пренебрежимо мал.

23. Термохимия. Термохимические уравнения. Стандартная теплота образования.

Термохимия — раздел химической термодинамики, в задачу которой входит определение и изучение тепловых эффектов реакций, а также установление их взаимосвязей с различными физико-химическими параметрами. Ещё одной из задач термохимии является измерение теплоёмкостей веществ и установление их теплот фазовых переходов.

Термохимические уравнения реакций - это уравнения, в которых около символов химических соединений указываются агрегатные состояния этих соединений или кристаллографическая модификация и в правой части уравнения указываются численные значения тепловых эффектов

Важнейшей величиной в термохимии является стандартная теплота образования (стандартная энтальпия образования). Стандартной теплотой (энтальпией) образования сложного вещества называется тепловой эффект (изменение стандартной энтальпии) реакции образования одного моля этого вещества из простых веществ в стандартном состоянии. Стандартная энтальпия образования простых веществ в этом случае принята равной нулю.

В термохимических уравнениях необходимо указывать агрегатные состояния веществ с помощью буквенных индексов, а тепловой эффект реакции (ΔН) записывать отдельно, через запятую. Например, термохимическое уравнение

4NH3(г) + 3O2(г) → 2N2(г) + 6H2O(ж), ΔН=-1531 кДж

показывает, что данная химическая реакция сопровождается выделением 1531 кДж теплоты, при давлении 101 кПа, и относится к тому числу молей каждого из веществ, которое соответствует стехиометрическому коэффициенту в уравнении реакции.

В термохимии также используют уравнения, в которых тепловой эффект относят к одному молю образовавшегося вещества, применяя в случае необходимости дробные коэффициенты.

Произведение растворимости.

При постоянной температуре в насыщенных водных растворах малорастворимых электролитов устанавливается равновесие между твердым веществом и ионами, образующими это вещество. Например, в случае для CaCO3 это равновесие можно записать в виде:

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

Константа этого равновесия рассчитывается по уравнению:

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

В приближении идеального раствора с учётом того, что активность чистого компонента равна единице, уравнение упрощается до выражения:

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

Константа равновесия такого процесса называется произведением растворимости.

В общем виде, произведение растворимости для вещества с формулой AmBn, которое диссоциирует на m катионов An+ и n анионов Bm-, рассчитывается по уравнению:

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

где [An+] и [Bm-] — равновесные молярные концентрации ионов, образующихся при электролитической диссоциации.

Из произведений растворимости можно рассчитать концентрации катионов и анионов в растворе малорастворимого электролита. Значения произведений растворимости приведены в справочниках.

Произведение активностей

Данное уравнение не учитывает коэффициенты активности, то есть степень влияния ионных сил. Для растворов с концентрациями большими, чем 1·10−4 моль/л необходимо использовать произведение активностей:

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

где аA и аB — активности ионов A и B.

Произведение активностей ионов для насыщенных растворов малорастворимых электролитов при данной температуре постоянная величина. Она зависит от температуры и природы растворителя.

Произведение растворимости связано с растворимостью следующим соотношением:

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

где:

m+n — суммарное количество молей катионов и анионов

m — количество молей катиона

n — количество молей аниона

Ksp — произведение растворимости

S — растворимость вещества (моль/л)

POH

Несколько меньшее распространение получила обратная pH величина — показатель основности раствора, pOH, равная отрицательному десятичному логарифму концентрации в растворе ионов OH:

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

как в любом водном растворе при 22 °C Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru , очевидно, что при

этой температуре:

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

Вопреки распространённому мнению, pH может изменяться не только в интервале от 0 до 14, а может и выходить за эти пределы. Например, при концентрации ионов водорода [H+] = 10−15 моль /л, pH = 15, при концентрации ионов гидроксида 10 моль /л pOH = −1.

 

Так как при 25 °C (стандартных условиях)[H+] · [OH] = 10−14, то понятно, что при этой температуре pH + pOH = 14.

Так как в кислых растворах [H+] > 10−7, то у кислых растворов pH < 7, аналогично, у щелочных растворов pH > 7, pH нейтральных растворов равен 7. При более высоких температурах константа электролитической диссоциации воды повышается, соответственно увеличивается ионное произведение воды, поэтому нейтральной оказывается pH < 7 (что соответствует одновременно возросшим концентрациям как H+, так и OH); при понижении температуры, напротив, нейтральная pH возрастает.

Кислительно-восстановительные реакции (ОВР) (реакции окисления-восстановления) происходят с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. При окислении веществ степень окисления элементов возрастает, при восстановлении - понижается.

Окисление

Окисление - процесс отдачи электронов, с увеличением степени окисления.

При окисле́нии вещества в результате отдачи электронов увеличивается его степень окисления. Атомы окисляемого вещества называются донорами электронов, а атомы окислителяакцепторами электронов.

В некоторых случаях при окислении молекула исходного вещества может стать нестабильной и распасться на более стабильные и более мелкие составные части (см.Свободные радикалы). При этом некоторые из атомов получившихся молекул имеют более высокую степень окисления, чем те же атомы в исходной молекуле.

Окислитель, принимая электроны, приобретает восстановительные свойства, превращаясь в сопряжённый восстановитель:

окислитель + e ↔ сопряжённый восстановитель.

Восстановление

При восстановлении атомы или ионы присоединяют электроны. При этом происходит понижение степени окисленияэлемента. Примеры: восстановление оксидовметаллов до свободных металлов при помощи водорода, углерода, других веществ; восстановление органических кислот в альдегиды и спирты; гидрогенизацияжиров и др.

Восстановитель, отдавая электроны, приобретает окислительные свойства, превращаясь в сопряжённый окислитель:

восстановитель — e ↔ сопряжённый окислитель.

Несвязанный, свободный электрон является сильнейшим восстановителем.

Методы составления ОВР.

Особые случаи ОВР.

Уравнение Нернста. ЭДС.

Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар.

[править]Вывод уравнения Нернста

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru ,

где

· Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — электродный потенциал, Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;

· Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ruуниверсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

· Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — абсолютная температура;

· Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ruпостоянная Фарадея, равная 96485,35 Кл·моль−1;

· Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — число мольэлектронов, участвующих в процессе;

· Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru и Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ruактивности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции.

Если в формулу Нернста подставить числовые значения констант Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru и Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru и перейти от натуральных логарифмов к десятичным, то при Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru получим

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

Электролиз - это ещё один способ получения чистых металлов и неметаллов. Кроме того, электролиз можно провести и в домашних условиях. Нужен источник тока, два электрода (какие электроды бывают и какой в каком случае брать - расссказано дальше) и, конечно, электролит. Электролит - это раствор, который проводит электрический ток.

Различают электролиз растворов и электролиз расплавов. Оба эти процесса существенно отливчаются друг от друга. Отличие - в наличии растворителя. При электрролизе растворов кроме ионов самого вещества в процессе учавствуют ионы растворителя. При электролизе расплавов - только ионы самого вещества.
Для того, чтобы получить нужный продукт (газ, металл или неметалл), нужно правильно выбрать электрод и раствор электролита.
Электродами могут служить любые материалы, проводящие электрический ток. В основном применяют металлы и сплавы, из неметаллов электродами могут служить, например, графитовые стержни (или углерод). Реже в качестве электрода используют жидкости.
Электрод, заряженный положительно - анод. Электрод, заряженный отрицательно - катод. При электролизе происходт окисление анода (он растворяется) и восстановление катода. Именно поэтому анод следует брать таким, чтобы его растворение не повлияло на химический процесс, протекающий в растворе или расплаве. Такой анод называют инертным электродом. В качестве инертного анода можно взять графит (углерод) или платину.
В качестве катода можно взять металлическую пластину (она не будет растворяться). Подойдёт медь, латунь, углерод (или графит), цинк, железо, алюминий, нержавейка.

При электролизе расплавов в процессе учавствуют только ионы вещества, которое подвергается электролизу. Например, если подвергнуть электролизу расплав поваренной соли (NaCl), то на аноде будет выделяться тот же газ - хлор, а вот на катоде вместо водорода будет восстанавливаться чистый металл - натрий (Na). Именно таком способом в промышленности получают металлический натрий и другие щелочные и щелочноземельные металлы.Таким же образом получают другие щелочные металлы (калий (K), литий (Li), кальций (Ca)), проводя ток через расплавы их солей.

Первый закон Фарадея

Основная статья: Законы электролиза Фарадея

В 1832 годуФарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:
Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru
если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

Вывод закона Фарадея

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru (1)

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru (2)

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru (3)

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru (4)

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru , где z — валентностьатома (иона) вещества, e — заряд электрона (5)

Подставляя (2)-(5) в (1), получим

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru где Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ruпостоянная Фарадея.

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

Второй закон Фарадея

Электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквиваленты.

Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru где Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ruпостоянная Фарадея.

Второй закон Фарадея записывается в следующем виде:

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru

где Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ruмолярная масса данного вещества, образовавшегося (однако не обязательно выделившегося — оно могло и вступить в какую-либо реакцию сразу после образования) в результате электролиза, г/моль; Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ruсила тока, пропущенного через вещество или смесь веществ (раствор, расплав), А; Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — время, в течение которого проводился электролиз, с; Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ruпостоянная Фарадея, Кл·моль−1; Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса. - student2.ru — число участвующих в процессе электронов, которое при достаточно больших значениях силы тока равно абсолютной величине заряда иона (и его противоиона), принявшего непосредственное участие в электролизе (окисленного или восстановленного). Однако это не всегда так; например, при электролизе раствора соли меди(II) может образовываться не только свободная медь, но и ионы меди(I) (при небольшой силе тока).

Электролиз находит весьма широкое применение. Для защиты металлических изделий от коррозии на их поверхность наносится тончайший слой другого металла — хрома, серебра, золота, меди, никеля и т.д. Иногда применяют многослойное покрытие. Например, внешние детали автомобиля сначала покрывают тонким слоем меди, на медь наносят тончайший слой никеля, а на него — слой хрома.
Нанесенные на металлы электролизом покрытия получаются ровными по толщине, прочными, служат долго, и, кроме того, таким способом можно покрывать изделия любой формы. Эту отрасль прикладной электрохимии называют гальваностегией. Кроме защиты от коррозии, гальванические покрытия иногда придают красивый декоративный вид предметам.
Другая отрасль электрохимии, близкая по принципу к гальваностегии, называется гальванопластикой. Это получение точных металлических копий с различных предметов. Предмет, с которого хотят изготовить копию, покрывают воском, дают воску застыть и получают восковую матрицу, на которой все углубления копируемого предмета будут выпуклостями. Внутреннюю поверхность матрицы покрывают тонким слоем графита, проводящим электрический ток. Этот графитовый катод опускают в ванную с раствором сульфата меди; анодом служит медь. При электролизе медный анод растворяется, а на катоде осаждается | медь. Таким образом получается точная копия предмета. С помощью гальванопластики изготовляют клише для печати, грампластинки, металлизируют различные предметы. Гальванотехника разработана русским ученым Б. С. Якоби (1838).
Электролиз используется для получения многих металлов — щелочных, щелочноземельных, алюминия, лантаноидов и др. также для очистки некоторых металлов от примесей

Вопросы к экзамену по химии для гр. БТБ-11, 12

Предмет, задачи и значение химии. Атомно-молекулярное учение. Моль. Молярная масса.

Наши рекомендации