Окислительно-восстановительные электроды

В электродной реакции участвуют ионы разной степени окисления. О-В электроды состоят из инертного металла, обычно платины и раствора, содержащего ионы разной степени окисления.

Например, Pt| Fe²⁺, Fe³⁺ ; Pt |Sn²⁺ , Sn⁴⁺ .

Sn⁴⁺ + 2e = Sn²⁺

В общем виде:

z-  число электронов, участвующих в ОВ реакции.

Газовые электроды

Это электроды, у которых в электродной реакции участвует вещество в газообразном состоянии и его ионы, находящиеся в растворе.

Например, водородный электрод

2H₃O⁺ +2e = H₂+2H₂O

Если давление водорода 1 атм, то

Хлорный электрод Pt (Cl₂) | Cl^-

Cl₂ + 2e = 2Cl^-

При давлении газообразного хлора 1 атм:

Классификация гальванических элементов

По источнику ЭДС гальванические элементы делятся на химические и концентрационные.

В химических ГЭ источником ЭДС является химическая реакция. В концентрационных ГЭ ЭДС возникает за счет разной концентрации ионов в растворах и вещества на электродах.

И химические и концентрационные ГЭ по наличию  или отсутствию диффузионной разности потенциалов ( ) делятся на элементы с переносом и элементы без переноса.

Пример1.

Ag | AgCl^ТВ |KCl || KCl | (Cl₂) Pt

Ag – e + Cl^- = AgCl^ТВ

Cl₂ + 2e = 2Cl^-

2 Ag + Cl₂+ 2Cl^-_(лев) = 2AgCl^тв + 2Cl^-_(прав)

В элементе ЭДС возникает за счет химической реакции и ее величина зависит от активности компонентов, участвующих в ней. В элементе имеется граница раздела между двумя электролитами KCl. Следовательно данный элемент относится к химическим элементам с переносом.

Пример 2

Но если оба электрода поместить в один электролит, то получим элемент

Ag | AgCl^ТВ |KCl | (Cl₂) Pt

Ag – e + Cl^- = AgCl^ТВ

Cl₂ + 2e = 2Cl^-

2 Ag + Cl₂ = 2AgCl^тв

В этом элементе нет границы раздела между электролитами, это химический элемент без переноса.

Пример 3.

 Zn | ZnSO₄ || ZnSO₄ | Zn

Zn – 2e = Zn²⁺        

Zn²⁺ +2e = Zn       

(Zn²⁺)_пр + Zn = (Zn²⁺)_лев + Zn

В общем случае

Элемент состоит из одинаковых электродов, различаются только концентрации ионов Zn²⁺ в растворах - это концентрационный элемент с переносом.

Пример 4

 Pt (H₂) | HCl _{(водный раствор)} | (H₂) Pt

H₂ - 2 e + 2H₂O = 2H₃O⁺          

2H₃O⁺ + 2e = H₂ +2H₂O            

(H₂)_лев = (H₂)_прав

или

Это концентрационный элемент без переноса.

Потенциометрический метод анализа (ПМА)

ПМА основан на зависимости условного электродного потенциала от активности определяемых ионов. В ПМА используются элементы, состоящие из индикаторного электрода и электрода сравнения.

Индикаторный электрод - это электрод, потенциал которого зависит от активности определяемых ионов.

Электрод сравнения - это обычно электрод второго рода, потенциал которого остается постоянным в ходе эксперимента.

Измерение рН растворов

Индикаторный электрод - это электрод, потенциал которого зависит от активности ионов гидроксония.

Это могут быть:

а) водородный электрод

б) хингидронный электрод

в) стеклянный электрод.

Рассмотрим подробнее случаи б) и в)

б). Индикатоный электрод - хингидронный.

Pt | H₃O⁺, нас. хингидроном

Это окислительно-восстановительный электрод.

Хингидрон: C₆H₄O₂× C₆H₄(OH)₂ = C₆H₄O₂+C₆H₄(OH)₂

C₆H₄O₂ + 2e = 2H₃O⁺ = C₆H₄(OH)₂+2H₂O

В кислых средах

Ag | AgCl | KCl || H₃O⁺, нас.х.г |Pt

Отсюда:

У этого электрода есть и преимущества и недостатки.

В) индикаторный электрод - стеклянный электрод.

В состав стекла входят ионы щелочных металлов.

На поверх.     В растворе в растворе на поверхн.

стекла                                                         стекла

, поэтому поверхность стекла получает избыточный положительный заряд. Образуется скачок потенциала на границе фаз «стекло- раствор». Его величина зависит от концентрации ионов гидроксония в растворе.

Элемент для измерения рН

Ag | AgCl |KCl || исследуемый раствор, H₃O⁺  HCl |AgCl|Ag

- этим символом обозначена стеклянная мембрана.

Приборы для измерения ЭДС этого элемента, а, следовательно, и величины рН, называются рН-метры.

- это активность ионов гидроксония в стеклянном электроде.

Шкала прибора градуируется в единицах рН с помощью буферных растворов. рН-метр удобен в работе. Позволяет измерять рН в широких пределах. На показания прибора не влияют примеси окислителей и восстановителей.