УДК 541.13
В учебной пособии излагаются практические работы по электрохимии • необходимые для их понимания теоретические разделы. Описаны потен-циометрические методы определения констант равновесия химических реакций в растворах (кислотно-основные равновесия, реакции образования комплексов), методы исследования двойного электрического слоя и адсорбции на электродах. Рассмотрены основные положения и методы изучения кинетики и механизма электродных реакций. Значительное внимание уделяется химическим аспектам электродных реакций, в частности, химическим реакциям в объеме раствора и химическим стадиям электродных реакций.
Книга рассчитана на студентов химических и химико-технологических факультетов высших учебных заведений. Специальность № 2018. Ответственный редактор — проф. В. И. Кравцов
ВВЕДЕНИЕ
Центральным и преимущественно развивающимся разделом современной электрохимии является кинетика электродных процессов. При обсуждении этого раздела в учебниках и учебных пособиях по электрохимии основное внимание уделяется строению двойного электрического слоя на границе металл — электролит, диффузионной и собственно электрохимической кинетике. При этом химические стадии электродных реакций и химические реакции в растворах, в которых, участвуют реагирующие на электроде частицы, обычно, рассматриваются как дополнительные осложнения. Между тем в настоящее время стало очевидным, что подавляющее большинство электродных реакций включает химические стадии, которые предшествуют или следуют за собственно электрохимическими стадиями, либо осложнено химическими реакциями в объеме электролита. Это в первую очередь относится к электродным реакциям, протекающим с участием ионов металлов или органических соединений в растворах электролитов, которые широко используют на практике (процессы электроосаждения и анодного растворения металлов, электросинтез и анализ органических и неорганических соединений и др.). Электрохимические методы исследования (потенциометрия, полярография, различные варианты вольтамперометрии) в настоящее время широко применяются при количественных исследованиях химических реакций в растворах (равновесия и кинетика реакций комплексо-образования, реакций органических соединений). Поэтому они представляют значительный интерес для физико-химиков, неоргаников, органиков и тех, кто занимается электроаналитическими методами.
Основное внимание в данном руководстве уделяется равновесиям и кинетике электродных реакций, которые имеют место на отдельных электродах. В частности, рассматриваются процессы, осложненные химическими стадиями. Практическим работам предшествуют необходимые для их понимания теоретические разделы, в которых рассматриваются равновесные
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ........ ..... 3
Глава 1. Равновесные электродные потенциалы .... 5
1. Общие положения........... —
2. Простая электродная реакция . . . . . . . . 12
2.1. Разбавленные растворы электролитов . . . . . . • —
2.2. Растворы, содержащие концентрированные фоновые электролиты . ........... 13
3. Сложные электродные реакции........ 16
4. Потенциометрическое исследование кислотно-основных равновесий . 19
5. Равновесие электродных реакций комплексов металлов ... 22
6. Потенциометрические методы изучения комплексов металлов . . 26
6.1. Электроды, обратимые к ионам металлов . . -• . . . 27
6.2. Электроды, обратимые к анионам и ионам водорода . . 35 Работа 1.1. Определение константы диссоциации салициловой кислоты ............ 37
Работа 1.2. Определение констант устойчивости хлоридных комплексов кадмия.......... 39
Работа 1.3. Определение общей и ступенчатой констант устойчивости тетраиодидного комплекса кадмия .... 44
Работа 1.4. Определение констант устойчивости цитратных комплексов
цинка........... 47
Работа 1.5. Исследование сульфатных комплексов церия ... 53
Работа 1.6. Исследование системы бром — бромид-ионы ... 57
Глава 2. Двойной электрический слой и адсорбция на электродах 63
1. Строение двойного электрического слоя ...... 65
2. Электрокапиллярные явления и адсорбция...... 72
3. Методы исследования двойного электрического слоя ... 76 Работа 2.1. Электрокапиллярная кривая ртутного электрода . . 84 Работа 2.2. Измерение емкости двойного электрического слоя с помощью моста переменного тока..... 87
Работа 2.3. Определение емкости двойного электрического слоя импульсным гальваностатическим методом . . . . 91 Работа 2.4. Кривая заряжения платинового электрода ... 96
Глава 3. Кинетика электродных процессов и методы ее изучения . 100
1. Общие положения .......... —
2. Электродные процессы с одной медленной электрохимической стадией ............. 105
3. Электродные процессы в случае медленной электрохимической стадии и медленной диффузии....... 111
4. Влияние строения двойного электрического слоя на скорость элек
трохимических стадий 5. Влияние химических стадий на скорость электродных процессов
5.1. Медленная предшествующая химическая реакция
5.2. Обратимая предшествующая химическая реакция
117 121
125
_- - ,
6. Метод стационарных поляризационных кривых
7. Полярография . . . . . . . . . • 133
8. Импульсный гальваностатический метод . . . . . .143
8.1. Электродные процессы, контролируемые электрохимической стадией .......... . ]45
8.2. Электродные процессы, контролируемые диффузией . . .147
8.3. Электродные процессы, контролируемые электрохимической стадией и диффузией .........151
9. Другие методы........... 152
Работа 3.1. Исследование кинетики анодного растворения кадмия . 154 Работа 3.2. Определение гюрядка катодного, процесса выделения водорода' по ионам водорода .... ... 158
Работа 3.3. Исследование кинетики катодного процесса выделения
водорода из разбавленных растворов соляной кислоты . 161
Работа 3.4. Вращающийся дисковый электрод..... 163
Работа 3.5. Исследование обратимых полярографических волн . . 167 Работа 3.6. Исследование необратимых полярографических волн . 173 Работа 3.7. Полярографическое определение ионов металлов в растворах ........... 174
Работа 3.8. Гальваностатические кривые с переходным временем в
случае обратимого электродного процесса . . .177 Работа 3.9. Гальваностатические кривые с переходным временем в
случае необратимого электродного процесса . . . 181
Работа 3.10. Амперометрическое титрование...... 183
Глава 4. Кинетика и механизм некоторых электродных реакций . 186
1. Электродные реакции комплексов металлов, включающие обратимые химические стадии . ......... 187
2. Процессы электровосстановления комплексов металлов, включающие медленные химические стадии........193
3. Электродные реакции с несколькими электрохимическими стадиями 194
4. Закономерности совместного разряда ионов металлов на электродах..............197
Работа 4.1. Исследование кинетики восстановления оксалатных комплексов цинка на ртутном капающем электроде . . 200
Работа 4.2. Исследование кинетики восстановления салицилатных комплексов железа (III) на платиновом электроде . . 202
Работа 4.3. Исследование кинетики электроосаждения и растворения
меди в сульфатных растворах......205
Работа 4.4. Исследование кинетики совместного разряда ионов никеля
и водорода..........207
Приложение............210
Рекомендуемая литература ....... 213
Цена: 150руб.
