Решение: Степень диссоциации электролитов. Билет №3

Билет № 3 Вопрос 1. Степень электрической диссоциации электролитов. Степень диссоциации \( \alpha \) — это отношение числа молекул, распавшихся на ионы \( n \), к общему числу растворенных молекул \( N \): \[ \alpha = \frac{n}{N} \] Для слабых электролитов зависимость \( \alpha \) от концентрации \( C \) описывается законом разбавления Оствальда: \[ K = \frac{\alpha^2 C}{1 - \alpha} \] При сильном разбавлении (\( \alpha \ll 1 \)): \[ \alpha \approx \sqrt{\frac{K}{C}} \] Факторы, влияющие на \( \alpha \): 1. Природа электролита: сильные электролиты (соли, сильные кислоты и щелочи) диссоциируют практически полностью (\( \alpha \approx 1 \)). Слабые электролиты диссоциируют частично. 2. Растворитель: чем выше диэлектрическая проницаемость растворителя, тем выше \( \alpha \). 3. Температура: обычно при повышении температуры диссоциация усиливается (процесс эндотермический). Методы измерения: кондуктометрия (по электропроводности) и криоскопия (по понижению температуры замерзания). Вопрос 2. Уравнение Нернста. Уравнение Нернста определяет величину электродного потенциала \( E \): \[ E = E^0 + \frac{RT}{nF} \ln \frac{a_{ox}}{a_{red}} \] Где: \( E^0 \) — стандартный электродный потенциал; \( R \) — универсальная газовая постоянная (\( 8,314 \) Дж/(моль·К)); \( T \) — абсолютная температура; \( n \) — число электронов; \( F \) — постоянная Фарадея (\( 96485 \) Кл/моль); \( a \) — активности окисленной и восстановленной форм. При \( T = 298 \) К и переходе к десятичному логарифму: \[ E = E^0 + \frac{0,059}{n} \lg \frac{C_{ox}}{C_{red}} \] Примеры: 1. Металлический электрод (\( Zn^{2+}/Zn \)): \( E = E^0 + \frac{0,059}{2} \lg [Zn^{2+}] \). 2. Газовый (водородный) электрод: \( E = \frac{0,059}{1} \lg [H^+] = -0,059 pH \). Применение: расчет ЭДС батарей, аккумуляторов и работа сенсоров (например, pH-метров). Вопрос 3. Диффузионная кинетика. Диффузионная кинетика изучает процессы, скорость которых ограничена подводом реагентов к поверхности электрода. Первый закон Фика: \[ J = -D \frac{dc}{dx} \] Где \( J \) — диффузионный поток, \( D \) — коэффициент диффузии, \( \frac{dc}{dx} \) — градиент концентрации. Вблизи электрода образуется граничный слой (слой Нернста) толщиной \( \delta \). Предельный диффузионный ток \( i_d \) рассчитывается как: \[ i_d = nFD \frac{C_0}{\delta} \] Где \( C_0 \) — концентрация в объеме раствора. Ограничение скорости диффузией наблюдается в процессах электролиза при высоких плотностях тока и в процессах коррозии металлов (например, при деполяризации кислородом, когда его подвод к металлу затруднен). Российская наука внесла огромный вклад в изучение электрохимической кинетики (работы академика А.Н. Фрумкина), что позволяет сегодня создавать передовые антикоррозийные покрытия и эффективные источники энергии.