ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIAI Ogniwa elektrochemiczne
II Elektroliza
III Przewodnictwo jonowe
Co to jest ogniwo elektrochemiczneCo to jest ogniwo elektrochemiczneOgniwo elektrochemiczne jest to układ dwu elektrod połączonych oOgniwo elektrochemiczne jest to układ dwu elektrod połączonych oporemporem
W ogniwie elektrochemicznym w wyniku reakcji W ogniwie elektrochemicznym w wyniku reakcji redred--oxox na elektrodach powstaje roacuteżnica na elektrodach powstaje roacuteżnica
potencjału elektrycznegopotencjału elektrycznego
Jakie zjawisko wykorzystywane jest w procesie elektrolizyJakie zjawisko wykorzystywane jest w procesie elektrolizyW procesie elektrolizy roacuteżnica potencjału elektrycznego na elektW procesie elektrolizy roacuteżnica potencjału elektrycznego na elektrodach powoduje rodach powoduje
reakcje utlenianiareakcje utleniania--redukcjiredukcji
Co określa się terminem przewodnictwo jonoweCo określa się terminem przewodnictwo jonoweTerminem przewodnictwo jonowe określa się zjawisko przenoszenia Terminem przewodnictwo jonowe określa się zjawisko przenoszenia ładunku ładunku
elektrycznego przez jonyelektrycznego przez jony
I Ogniwa elektrochemiczneI Ogniwa elektrochemiczneOgniwo elektrochemiczne jest to układ dwu elektrod połączonych oOgniwo elektrochemiczne jest to układ dwu elektrod połączonych oporemporem
W ogniwie elektrochemicznym w wyniku reakcji W ogniwie elektrochemicznym w wyniku reakcji redred--oxox na elektrodach powstaje roacuteżnica na elektrodach powstaje roacuteżnica
potencjału elektrycznegopotencjału elektrycznego
Jaka jest definicja elektrodyJaka jest definicja elektrody
Elektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja Elektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja połoacutewkowa połoacutewkowa redred--oxox
Typy elektrodTypy elektrod- I rodzaju (odwracalne względem kationoacutew E = f(ckat))- II rodzaju (odwracalne względem anionoacutew) E = f(can))
- III rodzaju ( E = f(cutlcred))
Co określa się terminem potencjału elektrody (E)Co określa się terminem potencjału elektrody (E)
Potencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połPotencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połoacutewkowej oacutewkowej redred--oxox
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+= ]ln[2
E 2+sdotsdotsdot
+= ZnFTRE oZn = Zn2+ + 2 e
Co to jest potencjał standardowy elektrody (Co to jest potencjał standardowy elektrody (EEoo))
Typy elektrodTypy elektrodElektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja Elektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja połoacutewkowa połoacutewkowa redred--oxox
Elektroda I rodzajuElektroda I rodzaju ZnZnZnZn2+2+
Zn = Zn2+ + 2 e
Potencjał elektrody (E) roacutewnanie Potencjał elektrody (E) roacutewnanie NernstaNernsta][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Potencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połPotencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połoacutewkowej oacutewkowej redred--oxox
]ln[2
E 2+sdotsdotsdot
+= ZnFTRE o
Od czego zależy potencjał elektrody (Od czego zależy potencjał elektrody (EEoo))
Potencjał standardowy elektrody (Potencjał standardowy elektrody (EEoo))
32 1][ dmmolZn =+hArr= oEE 298KT = 101325p Pa=
Typy elektrod (cd)Typy elektrod (cd)Elektroda II rodzaju Elektroda II rodzaju PtHgHgPtHgHg22ClCl22KClKCl(s)(s)ClCl--
2 Hg + 2 Clndash = Hg2Cl2 + 2 e
][
1lnE E sdotsdot
+=
ClFTRo
]ln[E minussdotsdot
minus= ClFTRE o
minus
Elektroda III rodzaju PtMnOElektroda III rodzaju PtMnO44--MnMn2+2+HH++
Mn2+ + 4 H2O = MnO4ndash + 8 H+ + 5 e
][
8[][ln
5E 2
4 ]E Mn
HMnOFTRo
+
minus +sdotsdot
sdotsdot
+=
Międzynarodowa Konwencja ElektrochemicznaMiędzynarodowa Konwencja Elektrochemiczna
][022
1VEo
HH=
+
E = EP - EL
1 Potencjał standardowej elektrody wodorowej
2 Siła elektromagnetyczna ogniwa (SEM) (E)
3 Elektroda utleniająca - prawa Elektroda redukująca - lewa EP gt EL
Reakcja zachodząca w ogniwie ZnZn2+ Fe2+Fe3+PtElektroda prawa Fe2+ = Fe3+ + e2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ + Zn2+ PP + SL = SP + PLElektroda lewa Zn = Zn2+ + 2e
][][lnEP
p
P
SP
FzTRo
PE sdotsdotsdot
+=
][][lnEL
L
L
SP
FzTRo
LE sdotsdotsdot
+=
)][][ln
][][(lnE
L
L
p
P
SP
SP
FzTRoE minussdotsdotsdot
+=
][][][][lnE
Lp
LP
PSSP
FzTRoE sdot
sdotsdot
sdotsdot
+=][][][][
SPPS
LP
LPKsdot
sdot=
KFzTREo lnE sdotsdotsdot
minus=
Standardowe potencjały redStandardowe potencjały red--oxoxbull ClO4
- + 2H+ + 2e = ClO3- + H2O Eo = 1266 V
bull NO3- + 10H+ + 8e = NH4
+ + 3H2O Eo = 1250 V
bull NO3- + 6 H+ + 5e = 12N2 + 3H2O Eo = 1244 V
bull NO3- + 4 H+ + 3e = NO + 2H2O Eo = 0955 V
bull ClO- + H2O + 2e = Cl- + 2OH- Eo = 0890 V
bull ClO- + 2H2O + 4e = Cl- + 4OH- Eo = 0786 V
bull NO3- + 2 H+ + e = NO2(gaz) + H2O Eo = 0733 V
bull ClO3- + 3H2O + 6e = Cl- + 6OH- Eo = 0614 V
bull ClO4- + 4H2O + 8e = Cl- + OH- Eo = 0560 V
bull NO2- + H2O + e = NO + 2OH- Eo = 0149 V
bull NO3- + H2O + 2e = NO2
- + 2OH- Eo = 0017 V
bull 2SO42- + 4H+ + 2e = S2O6
2- + 2H2O Eo = - 022 V
bull 2SO32- + 3H2O + 4e = S2O3
2- + 6OH- Eo = - 058
bull 2H2O + 2e = H2 + 2OH- Eo = - 083 V
Czerwone utlenia
niebieskie
Niebieskieredukuje
czerwone
UtleniaczUtleniacz
Reduktor Reduktor
ClO4- + 2 H+ + 2e = ClO3
- + H2O4 ClO4
- + NH4+ + 2 OH- = 4 ClO3
- + NO3- + 3 H2ONH4
+ + 3H2O = NO3- + 10 H+ + 8e
4 ClO4- + NH4
+ = 4 ClO3- + NO3
- + 2 H+ + H2O
Zasada działania pH-metru
Ogniwo wodorowo - kalomelowe PtH2H+ Clndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
Reakcja na elektrodzie prawej Hg2Cl2 + 2 e = 2 Hg + 2 Cl-
Reakcja na elektrodzie lewej H2 = 2 H+ + 2 e
Reakcja w ogniwie Hg2Cl2 + H2 = 2 Hg + 2 Cl- + 2 H+
2ln2
E ][ +sdotsdotsdot
minus= HE FTRo ]log[3032E +sdot
sdotsdotminus= HE F
TRo
FTR
EpH Eo
sdotsdotsdot
minus=
3032pH3032E sdot
sdot+=
FTREo
PotencjometriaPotencjometria
I Potencjometria kwas ndash zasada
Potencjometria utleniacz ndash reduktor
Potencjometria elektrod jonoselektywnych
Typy krzywych miareczkowaniaTypy krzywych miareczkowania
I Krzywe miareczkowania alkacymetrycznego
Krzywe miareczkowanie potencjometrycznego kwas - zasada
Krzywe miareczkowania potencjometrycznego utleniacz ndash reduktor
Krzywe miareczkowania konduktometrycznego
Krzywe miareczkowania amperometrycznego
Miareczkowanie potencjometryczne kwas Miareczkowanie potencjometryczne kwas -- zasadazasada
E
max)(=
V zd
Ed
Vz
En+1
En
Vn+1Vn
PRM
zVE
∆∆
VVEE
nn
nn
VE
minus
minus=
+
+
1
1
∆∆
PRM Vz
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
I Ogniwa elektrochemiczneI Ogniwa elektrochemiczneOgniwo elektrochemiczne jest to układ dwu elektrod połączonych oOgniwo elektrochemiczne jest to układ dwu elektrod połączonych oporemporem
W ogniwie elektrochemicznym w wyniku reakcji W ogniwie elektrochemicznym w wyniku reakcji redred--oxox na elektrodach powstaje roacuteżnica na elektrodach powstaje roacuteżnica
potencjału elektrycznegopotencjału elektrycznego
Jaka jest definicja elektrodyJaka jest definicja elektrody
Elektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja Elektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja połoacutewkowa połoacutewkowa redred--oxox
Typy elektrodTypy elektrod- I rodzaju (odwracalne względem kationoacutew E = f(ckat))- II rodzaju (odwracalne względem anionoacutew) E = f(can))
- III rodzaju ( E = f(cutlcred))
Co określa się terminem potencjału elektrody (E)Co określa się terminem potencjału elektrody (E)
Potencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połPotencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połoacutewkowej oacutewkowej redred--oxox
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+= ]ln[2
E 2+sdotsdotsdot
+= ZnFTRE oZn = Zn2+ + 2 e
Co to jest potencjał standardowy elektrody (Co to jest potencjał standardowy elektrody (EEoo))
Typy elektrodTypy elektrodElektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja Elektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja połoacutewkowa połoacutewkowa redred--oxox
Elektroda I rodzajuElektroda I rodzaju ZnZnZnZn2+2+
Zn = Zn2+ + 2 e
Potencjał elektrody (E) roacutewnanie Potencjał elektrody (E) roacutewnanie NernstaNernsta][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Potencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połPotencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połoacutewkowej oacutewkowej redred--oxox
]ln[2
E 2+sdotsdotsdot
+= ZnFTRE o
Od czego zależy potencjał elektrody (Od czego zależy potencjał elektrody (EEoo))
Potencjał standardowy elektrody (Potencjał standardowy elektrody (EEoo))
32 1][ dmmolZn =+hArr= oEE 298KT = 101325p Pa=
Typy elektrod (cd)Typy elektrod (cd)Elektroda II rodzaju Elektroda II rodzaju PtHgHgPtHgHg22ClCl22KClKCl(s)(s)ClCl--
2 Hg + 2 Clndash = Hg2Cl2 + 2 e
][
1lnE E sdotsdot
+=
ClFTRo
]ln[E minussdotsdot
minus= ClFTRE o
minus
Elektroda III rodzaju PtMnOElektroda III rodzaju PtMnO44--MnMn2+2+HH++
Mn2+ + 4 H2O = MnO4ndash + 8 H+ + 5 e
][
8[][ln
5E 2
4 ]E Mn
HMnOFTRo
+
minus +sdotsdot
sdotsdot
+=
Międzynarodowa Konwencja ElektrochemicznaMiędzynarodowa Konwencja Elektrochemiczna
][022
1VEo
HH=
+
E = EP - EL
1 Potencjał standardowej elektrody wodorowej
2 Siła elektromagnetyczna ogniwa (SEM) (E)
3 Elektroda utleniająca - prawa Elektroda redukująca - lewa EP gt EL
Reakcja zachodząca w ogniwie ZnZn2+ Fe2+Fe3+PtElektroda prawa Fe2+ = Fe3+ + e2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ + Zn2+ PP + SL = SP + PLElektroda lewa Zn = Zn2+ + 2e
][][lnEP
p
P
SP
FzTRo
PE sdotsdotsdot
+=
][][lnEL
L
L
SP
FzTRo
LE sdotsdotsdot
+=
)][][ln
][][(lnE
L
L
p
P
SP
SP
FzTRoE minussdotsdotsdot
+=
][][][][lnE
Lp
LP
PSSP
FzTRoE sdot
sdotsdot
sdotsdot
+=][][][][
SPPS
LP
LPKsdot
sdot=
KFzTREo lnE sdotsdotsdot
minus=
Standardowe potencjały redStandardowe potencjały red--oxoxbull ClO4
- + 2H+ + 2e = ClO3- + H2O Eo = 1266 V
bull NO3- + 10H+ + 8e = NH4
+ + 3H2O Eo = 1250 V
bull NO3- + 6 H+ + 5e = 12N2 + 3H2O Eo = 1244 V
bull NO3- + 4 H+ + 3e = NO + 2H2O Eo = 0955 V
bull ClO- + H2O + 2e = Cl- + 2OH- Eo = 0890 V
bull ClO- + 2H2O + 4e = Cl- + 4OH- Eo = 0786 V
bull NO3- + 2 H+ + e = NO2(gaz) + H2O Eo = 0733 V
bull ClO3- + 3H2O + 6e = Cl- + 6OH- Eo = 0614 V
bull ClO4- + 4H2O + 8e = Cl- + OH- Eo = 0560 V
bull NO2- + H2O + e = NO + 2OH- Eo = 0149 V
bull NO3- + H2O + 2e = NO2
- + 2OH- Eo = 0017 V
bull 2SO42- + 4H+ + 2e = S2O6
2- + 2H2O Eo = - 022 V
bull 2SO32- + 3H2O + 4e = S2O3
2- + 6OH- Eo = - 058
bull 2H2O + 2e = H2 + 2OH- Eo = - 083 V
Czerwone utlenia
niebieskie
Niebieskieredukuje
czerwone
UtleniaczUtleniacz
Reduktor Reduktor
ClO4- + 2 H+ + 2e = ClO3
- + H2O4 ClO4
- + NH4+ + 2 OH- = 4 ClO3
- + NO3- + 3 H2ONH4
+ + 3H2O = NO3- + 10 H+ + 8e
4 ClO4- + NH4
+ = 4 ClO3- + NO3
- + 2 H+ + H2O
Zasada działania pH-metru
Ogniwo wodorowo - kalomelowe PtH2H+ Clndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
Reakcja na elektrodzie prawej Hg2Cl2 + 2 e = 2 Hg + 2 Cl-
Reakcja na elektrodzie lewej H2 = 2 H+ + 2 e
Reakcja w ogniwie Hg2Cl2 + H2 = 2 Hg + 2 Cl- + 2 H+
2ln2
E ][ +sdotsdotsdot
minus= HE FTRo ]log[3032E +sdot
sdotsdotminus= HE F
TRo
FTR
EpH Eo
sdotsdotsdot
minus=
3032pH3032E sdot
sdot+=
FTREo
PotencjometriaPotencjometria
I Potencjometria kwas ndash zasada
Potencjometria utleniacz ndash reduktor
Potencjometria elektrod jonoselektywnych
Typy krzywych miareczkowaniaTypy krzywych miareczkowania
I Krzywe miareczkowania alkacymetrycznego
Krzywe miareczkowanie potencjometrycznego kwas - zasada
Krzywe miareczkowania potencjometrycznego utleniacz ndash reduktor
Krzywe miareczkowania konduktometrycznego
Krzywe miareczkowania amperometrycznego
Miareczkowanie potencjometryczne kwas Miareczkowanie potencjometryczne kwas -- zasadazasada
E
max)(=
V zd
Ed
Vz
En+1
En
Vn+1Vn
PRM
zVE
∆∆
VVEE
nn
nn
VE
minus
minus=
+
+
1
1
∆∆
PRM Vz
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Typy elektrodTypy elektrodElektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja Elektroda jest to układ ktoacuterego stan roacutewnowagi opisuje reakcja połoacutewkowa połoacutewkowa redred--oxox
Elektroda I rodzajuElektroda I rodzaju ZnZnZnZn2+2+
Zn = Zn2+ + 2 e
Potencjał elektrody (E) roacutewnanie Potencjał elektrody (E) roacutewnanie NernstaNernsta][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Potencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połPotencjał elektrody (E) jest miarą stałej roacutewnowagi reakcji połoacutewkowej oacutewkowej redred--oxox
]ln[2
E 2+sdotsdotsdot
+= ZnFTRE o
Od czego zależy potencjał elektrody (Od czego zależy potencjał elektrody (EEoo))
Potencjał standardowy elektrody (Potencjał standardowy elektrody (EEoo))
32 1][ dmmolZn =+hArr= oEE 298KT = 101325p Pa=
Typy elektrod (cd)Typy elektrod (cd)Elektroda II rodzaju Elektroda II rodzaju PtHgHgPtHgHg22ClCl22KClKCl(s)(s)ClCl--
2 Hg + 2 Clndash = Hg2Cl2 + 2 e
][
1lnE E sdotsdot
+=
ClFTRo
]ln[E minussdotsdot
minus= ClFTRE o
minus
Elektroda III rodzaju PtMnOElektroda III rodzaju PtMnO44--MnMn2+2+HH++
Mn2+ + 4 H2O = MnO4ndash + 8 H+ + 5 e
][
8[][ln
5E 2
4 ]E Mn
HMnOFTRo
+
minus +sdotsdot
sdotsdot
+=
Międzynarodowa Konwencja ElektrochemicznaMiędzynarodowa Konwencja Elektrochemiczna
][022
1VEo
HH=
+
E = EP - EL
1 Potencjał standardowej elektrody wodorowej
2 Siła elektromagnetyczna ogniwa (SEM) (E)
3 Elektroda utleniająca - prawa Elektroda redukująca - lewa EP gt EL
Reakcja zachodząca w ogniwie ZnZn2+ Fe2+Fe3+PtElektroda prawa Fe2+ = Fe3+ + e2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ + Zn2+ PP + SL = SP + PLElektroda lewa Zn = Zn2+ + 2e
][][lnEP
p
P
SP
FzTRo
PE sdotsdotsdot
+=
][][lnEL
L
L
SP
FzTRo
LE sdotsdotsdot
+=
)][][ln
][][(lnE
L
L
p
P
SP
SP
FzTRoE minussdotsdotsdot
+=
][][][][lnE
Lp
LP
PSSP
FzTRoE sdot
sdotsdot
sdotsdot
+=][][][][
SPPS
LP
LPKsdot
sdot=
KFzTREo lnE sdotsdotsdot
minus=
Standardowe potencjały redStandardowe potencjały red--oxoxbull ClO4
- + 2H+ + 2e = ClO3- + H2O Eo = 1266 V
bull NO3- + 10H+ + 8e = NH4
+ + 3H2O Eo = 1250 V
bull NO3- + 6 H+ + 5e = 12N2 + 3H2O Eo = 1244 V
bull NO3- + 4 H+ + 3e = NO + 2H2O Eo = 0955 V
bull ClO- + H2O + 2e = Cl- + 2OH- Eo = 0890 V
bull ClO- + 2H2O + 4e = Cl- + 4OH- Eo = 0786 V
bull NO3- + 2 H+ + e = NO2(gaz) + H2O Eo = 0733 V
bull ClO3- + 3H2O + 6e = Cl- + 6OH- Eo = 0614 V
bull ClO4- + 4H2O + 8e = Cl- + OH- Eo = 0560 V
bull NO2- + H2O + e = NO + 2OH- Eo = 0149 V
bull NO3- + H2O + 2e = NO2
- + 2OH- Eo = 0017 V
bull 2SO42- + 4H+ + 2e = S2O6
2- + 2H2O Eo = - 022 V
bull 2SO32- + 3H2O + 4e = S2O3
2- + 6OH- Eo = - 058
bull 2H2O + 2e = H2 + 2OH- Eo = - 083 V
Czerwone utlenia
niebieskie
Niebieskieredukuje
czerwone
UtleniaczUtleniacz
Reduktor Reduktor
ClO4- + 2 H+ + 2e = ClO3
- + H2O4 ClO4
- + NH4+ + 2 OH- = 4 ClO3
- + NO3- + 3 H2ONH4
+ + 3H2O = NO3- + 10 H+ + 8e
4 ClO4- + NH4
+ = 4 ClO3- + NO3
- + 2 H+ + H2O
Zasada działania pH-metru
Ogniwo wodorowo - kalomelowe PtH2H+ Clndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
Reakcja na elektrodzie prawej Hg2Cl2 + 2 e = 2 Hg + 2 Cl-
Reakcja na elektrodzie lewej H2 = 2 H+ + 2 e
Reakcja w ogniwie Hg2Cl2 + H2 = 2 Hg + 2 Cl- + 2 H+
2ln2
E ][ +sdotsdotsdot
minus= HE FTRo ]log[3032E +sdot
sdotsdotminus= HE F
TRo
FTR
EpH Eo
sdotsdotsdot
minus=
3032pH3032E sdot
sdot+=
FTREo
PotencjometriaPotencjometria
I Potencjometria kwas ndash zasada
Potencjometria utleniacz ndash reduktor
Potencjometria elektrod jonoselektywnych
Typy krzywych miareczkowaniaTypy krzywych miareczkowania
I Krzywe miareczkowania alkacymetrycznego
Krzywe miareczkowanie potencjometrycznego kwas - zasada
Krzywe miareczkowania potencjometrycznego utleniacz ndash reduktor
Krzywe miareczkowania konduktometrycznego
Krzywe miareczkowania amperometrycznego
Miareczkowanie potencjometryczne kwas Miareczkowanie potencjometryczne kwas -- zasadazasada
E
max)(=
V zd
Ed
Vz
En+1
En
Vn+1Vn
PRM
zVE
∆∆
VVEE
nn
nn
VE
minus
minus=
+
+
1
1
∆∆
PRM Vz
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Typy elektrod (cd)Typy elektrod (cd)Elektroda II rodzaju Elektroda II rodzaju PtHgHgPtHgHg22ClCl22KClKCl(s)(s)ClCl--
2 Hg + 2 Clndash = Hg2Cl2 + 2 e
][
1lnE E sdotsdot
+=
ClFTRo
]ln[E minussdotsdot
minus= ClFTRE o
minus
Elektroda III rodzaju PtMnOElektroda III rodzaju PtMnO44--MnMn2+2+HH++
Mn2+ + 4 H2O = MnO4ndash + 8 H+ + 5 e
][
8[][ln
5E 2
4 ]E Mn
HMnOFTRo
+
minus +sdotsdot
sdotsdot
+=
Międzynarodowa Konwencja ElektrochemicznaMiędzynarodowa Konwencja Elektrochemiczna
][022
1VEo
HH=
+
E = EP - EL
1 Potencjał standardowej elektrody wodorowej
2 Siła elektromagnetyczna ogniwa (SEM) (E)
3 Elektroda utleniająca - prawa Elektroda redukująca - lewa EP gt EL
Reakcja zachodząca w ogniwie ZnZn2+ Fe2+Fe3+PtElektroda prawa Fe2+ = Fe3+ + e2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ + Zn2+ PP + SL = SP + PLElektroda lewa Zn = Zn2+ + 2e
][][lnEP
p
P
SP
FzTRo
PE sdotsdotsdot
+=
][][lnEL
L
L
SP
FzTRo
LE sdotsdotsdot
+=
)][][ln
][][(lnE
L
L
p
P
SP
SP
FzTRoE minussdotsdotsdot
+=
][][][][lnE
Lp
LP
PSSP
FzTRoE sdot
sdotsdot
sdotsdot
+=][][][][
SPPS
LP
LPKsdot
sdot=
KFzTREo lnE sdotsdotsdot
minus=
Standardowe potencjały redStandardowe potencjały red--oxoxbull ClO4
- + 2H+ + 2e = ClO3- + H2O Eo = 1266 V
bull NO3- + 10H+ + 8e = NH4
+ + 3H2O Eo = 1250 V
bull NO3- + 6 H+ + 5e = 12N2 + 3H2O Eo = 1244 V
bull NO3- + 4 H+ + 3e = NO + 2H2O Eo = 0955 V
bull ClO- + H2O + 2e = Cl- + 2OH- Eo = 0890 V
bull ClO- + 2H2O + 4e = Cl- + 4OH- Eo = 0786 V
bull NO3- + 2 H+ + e = NO2(gaz) + H2O Eo = 0733 V
bull ClO3- + 3H2O + 6e = Cl- + 6OH- Eo = 0614 V
bull ClO4- + 4H2O + 8e = Cl- + OH- Eo = 0560 V
bull NO2- + H2O + e = NO + 2OH- Eo = 0149 V
bull NO3- + H2O + 2e = NO2
- + 2OH- Eo = 0017 V
bull 2SO42- + 4H+ + 2e = S2O6
2- + 2H2O Eo = - 022 V
bull 2SO32- + 3H2O + 4e = S2O3
2- + 6OH- Eo = - 058
bull 2H2O + 2e = H2 + 2OH- Eo = - 083 V
Czerwone utlenia
niebieskie
Niebieskieredukuje
czerwone
UtleniaczUtleniacz
Reduktor Reduktor
ClO4- + 2 H+ + 2e = ClO3
- + H2O4 ClO4
- + NH4+ + 2 OH- = 4 ClO3
- + NO3- + 3 H2ONH4
+ + 3H2O = NO3- + 10 H+ + 8e
4 ClO4- + NH4
+ = 4 ClO3- + NO3
- + 2 H+ + H2O
Zasada działania pH-metru
Ogniwo wodorowo - kalomelowe PtH2H+ Clndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
Reakcja na elektrodzie prawej Hg2Cl2 + 2 e = 2 Hg + 2 Cl-
Reakcja na elektrodzie lewej H2 = 2 H+ + 2 e
Reakcja w ogniwie Hg2Cl2 + H2 = 2 Hg + 2 Cl- + 2 H+
2ln2
E ][ +sdotsdotsdot
minus= HE FTRo ]log[3032E +sdot
sdotsdotminus= HE F
TRo
FTR
EpH Eo
sdotsdotsdot
minus=
3032pH3032E sdot
sdot+=
FTREo
PotencjometriaPotencjometria
I Potencjometria kwas ndash zasada
Potencjometria utleniacz ndash reduktor
Potencjometria elektrod jonoselektywnych
Typy krzywych miareczkowaniaTypy krzywych miareczkowania
I Krzywe miareczkowania alkacymetrycznego
Krzywe miareczkowanie potencjometrycznego kwas - zasada
Krzywe miareczkowania potencjometrycznego utleniacz ndash reduktor
Krzywe miareczkowania konduktometrycznego
Krzywe miareczkowania amperometrycznego
Miareczkowanie potencjometryczne kwas Miareczkowanie potencjometryczne kwas -- zasadazasada
E
max)(=
V zd
Ed
Vz
En+1
En
Vn+1Vn
PRM
zVE
∆∆
VVEE
nn
nn
VE
minus
minus=
+
+
1
1
∆∆
PRM Vz
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Międzynarodowa Konwencja ElektrochemicznaMiędzynarodowa Konwencja Elektrochemiczna
][022
1VEo
HH=
+
E = EP - EL
1 Potencjał standardowej elektrody wodorowej
2 Siła elektromagnetyczna ogniwa (SEM) (E)
3 Elektroda utleniająca - prawa Elektroda redukująca - lewa EP gt EL
Reakcja zachodząca w ogniwie ZnZn2+ Fe2+Fe3+PtElektroda prawa Fe2+ = Fe3+ + e2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ + Zn2+ PP + SL = SP + PLElektroda lewa Zn = Zn2+ + 2e
][][lnEP
p
P
SP
FzTRo
PE sdotsdotsdot
+=
][][lnEL
L
L
SP
FzTRo
LE sdotsdotsdot
+=
)][][ln
][][(lnE
L
L
p
P
SP
SP
FzTRoE minussdotsdotsdot
+=
][][][][lnE
Lp
LP
PSSP
FzTRoE sdot
sdotsdot
sdotsdot
+=][][][][
SPPS
LP
LPKsdot
sdot=
KFzTREo lnE sdotsdotsdot
minus=
Standardowe potencjały redStandardowe potencjały red--oxoxbull ClO4
- + 2H+ + 2e = ClO3- + H2O Eo = 1266 V
bull NO3- + 10H+ + 8e = NH4
+ + 3H2O Eo = 1250 V
bull NO3- + 6 H+ + 5e = 12N2 + 3H2O Eo = 1244 V
bull NO3- + 4 H+ + 3e = NO + 2H2O Eo = 0955 V
bull ClO- + H2O + 2e = Cl- + 2OH- Eo = 0890 V
bull ClO- + 2H2O + 4e = Cl- + 4OH- Eo = 0786 V
bull NO3- + 2 H+ + e = NO2(gaz) + H2O Eo = 0733 V
bull ClO3- + 3H2O + 6e = Cl- + 6OH- Eo = 0614 V
bull ClO4- + 4H2O + 8e = Cl- + OH- Eo = 0560 V
bull NO2- + H2O + e = NO + 2OH- Eo = 0149 V
bull NO3- + H2O + 2e = NO2
- + 2OH- Eo = 0017 V
bull 2SO42- + 4H+ + 2e = S2O6
2- + 2H2O Eo = - 022 V
bull 2SO32- + 3H2O + 4e = S2O3
2- + 6OH- Eo = - 058
bull 2H2O + 2e = H2 + 2OH- Eo = - 083 V
Czerwone utlenia
niebieskie
Niebieskieredukuje
czerwone
UtleniaczUtleniacz
Reduktor Reduktor
ClO4- + 2 H+ + 2e = ClO3
- + H2O4 ClO4
- + NH4+ + 2 OH- = 4 ClO3
- + NO3- + 3 H2ONH4
+ + 3H2O = NO3- + 10 H+ + 8e
4 ClO4- + NH4
+ = 4 ClO3- + NO3
- + 2 H+ + H2O
Zasada działania pH-metru
Ogniwo wodorowo - kalomelowe PtH2H+ Clndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
Reakcja na elektrodzie prawej Hg2Cl2 + 2 e = 2 Hg + 2 Cl-
Reakcja na elektrodzie lewej H2 = 2 H+ + 2 e
Reakcja w ogniwie Hg2Cl2 + H2 = 2 Hg + 2 Cl- + 2 H+
2ln2
E ][ +sdotsdotsdot
minus= HE FTRo ]log[3032E +sdot
sdotsdotminus= HE F
TRo
FTR
EpH Eo
sdotsdotsdot
minus=
3032pH3032E sdot
sdot+=
FTREo
PotencjometriaPotencjometria
I Potencjometria kwas ndash zasada
Potencjometria utleniacz ndash reduktor
Potencjometria elektrod jonoselektywnych
Typy krzywych miareczkowaniaTypy krzywych miareczkowania
I Krzywe miareczkowania alkacymetrycznego
Krzywe miareczkowanie potencjometrycznego kwas - zasada
Krzywe miareczkowania potencjometrycznego utleniacz ndash reduktor
Krzywe miareczkowania konduktometrycznego
Krzywe miareczkowania amperometrycznego
Miareczkowanie potencjometryczne kwas Miareczkowanie potencjometryczne kwas -- zasadazasada
E
max)(=
V zd
Ed
Vz
En+1
En
Vn+1Vn
PRM
zVE
∆∆
VVEE
nn
nn
VE
minus
minus=
+
+
1
1
∆∆
PRM Vz
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Standardowe potencjały redStandardowe potencjały red--oxoxbull ClO4
- + 2H+ + 2e = ClO3- + H2O Eo = 1266 V
bull NO3- + 10H+ + 8e = NH4
+ + 3H2O Eo = 1250 V
bull NO3- + 6 H+ + 5e = 12N2 + 3H2O Eo = 1244 V
bull NO3- + 4 H+ + 3e = NO + 2H2O Eo = 0955 V
bull ClO- + H2O + 2e = Cl- + 2OH- Eo = 0890 V
bull ClO- + 2H2O + 4e = Cl- + 4OH- Eo = 0786 V
bull NO3- + 2 H+ + e = NO2(gaz) + H2O Eo = 0733 V
bull ClO3- + 3H2O + 6e = Cl- + 6OH- Eo = 0614 V
bull ClO4- + 4H2O + 8e = Cl- + OH- Eo = 0560 V
bull NO2- + H2O + e = NO + 2OH- Eo = 0149 V
bull NO3- + H2O + 2e = NO2
- + 2OH- Eo = 0017 V
bull 2SO42- + 4H+ + 2e = S2O6
2- + 2H2O Eo = - 022 V
bull 2SO32- + 3H2O + 4e = S2O3
2- + 6OH- Eo = - 058
bull 2H2O + 2e = H2 + 2OH- Eo = - 083 V
Czerwone utlenia
niebieskie
Niebieskieredukuje
czerwone
UtleniaczUtleniacz
Reduktor Reduktor
ClO4- + 2 H+ + 2e = ClO3
- + H2O4 ClO4
- + NH4+ + 2 OH- = 4 ClO3
- + NO3- + 3 H2ONH4
+ + 3H2O = NO3- + 10 H+ + 8e
4 ClO4- + NH4
+ = 4 ClO3- + NO3
- + 2 H+ + H2O
Zasada działania pH-metru
Ogniwo wodorowo - kalomelowe PtH2H+ Clndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
Reakcja na elektrodzie prawej Hg2Cl2 + 2 e = 2 Hg + 2 Cl-
Reakcja na elektrodzie lewej H2 = 2 H+ + 2 e
Reakcja w ogniwie Hg2Cl2 + H2 = 2 Hg + 2 Cl- + 2 H+
2ln2
E ][ +sdotsdotsdot
minus= HE FTRo ]log[3032E +sdot
sdotsdotminus= HE F
TRo
FTR
EpH Eo
sdotsdotsdot
minus=
3032pH3032E sdot
sdot+=
FTREo
PotencjometriaPotencjometria
I Potencjometria kwas ndash zasada
Potencjometria utleniacz ndash reduktor
Potencjometria elektrod jonoselektywnych
Typy krzywych miareczkowaniaTypy krzywych miareczkowania
I Krzywe miareczkowania alkacymetrycznego
Krzywe miareczkowanie potencjometrycznego kwas - zasada
Krzywe miareczkowania potencjometrycznego utleniacz ndash reduktor
Krzywe miareczkowania konduktometrycznego
Krzywe miareczkowania amperometrycznego
Miareczkowanie potencjometryczne kwas Miareczkowanie potencjometryczne kwas -- zasadazasada
E
max)(=
V zd
Ed
Vz
En+1
En
Vn+1Vn
PRM
zVE
∆∆
VVEE
nn
nn
VE
minus
minus=
+
+
1
1
∆∆
PRM Vz
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Zasada działania pH-metru
Ogniwo wodorowo - kalomelowe PtH2H+ Clndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
Reakcja na elektrodzie prawej Hg2Cl2 + 2 e = 2 Hg + 2 Cl-
Reakcja na elektrodzie lewej H2 = 2 H+ + 2 e
Reakcja w ogniwie Hg2Cl2 + H2 = 2 Hg + 2 Cl- + 2 H+
2ln2
E ][ +sdotsdotsdot
minus= HE FTRo ]log[3032E +sdot
sdotsdotminus= HE F
TRo
FTR
EpH Eo
sdotsdotsdot
minus=
3032pH3032E sdot
sdot+=
FTREo
PotencjometriaPotencjometria
I Potencjometria kwas ndash zasada
Potencjometria utleniacz ndash reduktor
Potencjometria elektrod jonoselektywnych
Typy krzywych miareczkowaniaTypy krzywych miareczkowania
I Krzywe miareczkowania alkacymetrycznego
Krzywe miareczkowanie potencjometrycznego kwas - zasada
Krzywe miareczkowania potencjometrycznego utleniacz ndash reduktor
Krzywe miareczkowania konduktometrycznego
Krzywe miareczkowania amperometrycznego
Miareczkowanie potencjometryczne kwas Miareczkowanie potencjometryczne kwas -- zasadazasada
E
max)(=
V zd
Ed
Vz
En+1
En
Vn+1Vn
PRM
zVE
∆∆
VVEE
nn
nn
VE
minus
minus=
+
+
1
1
∆∆
PRM Vz
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
PotencjometriaPotencjometria
I Potencjometria kwas ndash zasada
Potencjometria utleniacz ndash reduktor
Potencjometria elektrod jonoselektywnych
Typy krzywych miareczkowaniaTypy krzywych miareczkowania
I Krzywe miareczkowania alkacymetrycznego
Krzywe miareczkowanie potencjometrycznego kwas - zasada
Krzywe miareczkowania potencjometrycznego utleniacz ndash reduktor
Krzywe miareczkowania konduktometrycznego
Krzywe miareczkowania amperometrycznego
Miareczkowanie potencjometryczne kwas Miareczkowanie potencjometryczne kwas -- zasadazasada
E
max)(=
V zd
Ed
Vz
En+1
En
Vn+1Vn
PRM
zVE
∆∆
VVEE
nn
nn
VE
minus
minus=
+
+
1
1
∆∆
PRM Vz
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Miareczkowanie potencjometryczne kwas Miareczkowanie potencjometryczne kwas -- zasadazasada
E
max)(=
V zd
Ed
Vz
En+1
En
Vn+1Vn
PRM
zVE
∆∆
VVEE
nn
nn
VE
minus
minus=
+
+
1
1
∆∆
PRM Vz
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Potencjometryczne wyznaczanie Potencjometryczne wyznaczanie KKaa
pH
zz
zzkkaH cV
cVcVKcsdot
sdotminussdotsdot=+
14
7
0
12 PRM PRM Vz
[H+] = Ka Vkck - Vzcz = Vzcz =gt nk = 2nz =gt nz = frac12nk
Gdy Vz є (0 PRM)
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
E
0 PRM Vutl
Gdy Vutl є (0 PRM) Gdy Vutl є (PRMinfin)
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72-Cr3+Pt
W reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktorBiureta
(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]4-
Gdy Vutl є (0 PRM)
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash [Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]4-Pt
Reakcja na elektrodzie prawej 2 [Fe(CN)6]3- + 2 e = [Fe(CN)6]2-
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Reakcja w ogniwie 2 [Fe(CN)6]3- + 2 Hg + 2 Cl- = 2 [Fe(CN)6]4- + 2 Hg2Cl2
Reakcja w reaktorze 6 [Fe(CN)6]4- + Cr2O72- + 14 H+ = 6 [Fe(CN)6]3- + 2 Cr3+ + 7 H2O
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz Miareczkowanie potencjometryczne utleniacz -- reduktorreduktor
Reakcja w reaktorze nie zachodzi ndash wszystkie jony [Fe(CN)6]4- zostały utlenione
Reakcja w ogniwie Cr2O72- + 14 H+ + 6 Hg + 6 Cl- = 2 Cr3+- + 2 Hg2Cl2
Reakcja na elektrodzie lewej 2 Hg + 2 Cl- = Hg2Cl2 + 2 e
Gdy Vutl є (PRMinfin)
Biureta(roztwoacuter K2Cr2O7)
Roztwoacuter [Fe(CN)6]3-
E
0 PRM Vutl
Ogniwo PtHgHg2Cl2 KCl(s) Clndash Cr2O72- Cr3+Pt
Reakcja na elektrodzie prawej Cr2O72- + 6 e + 14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Wyznaczanie Wyznaczanie EEoo
Eo
E
12 PRM PRM Vutl0
][][ln
redutl
FzTREE o sdotsdotsdot
+=
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Ogniwa stężenioweOgniwa stężeniowe
PtH2 [H+]1 [H+]2 H2Pt
EL lt EP
[H+]1 lt [H+]2 =gt pH1 gt pH2
EL = RmiddotTFmiddotln[H+]1 EP = RmiddotTFmiddotln[H+]2
E = EP - EL
Dla T = 298 K p = 101 325 Pa
E = 00591middot(log[H+]2 - log[H+]1)
E = 00591middot(pH1 - pH2)
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Szereg ElektrochemicznySzereg Elektrochemiczny
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości redukujących atomoacutewPrzykład
Masa pręta stalowego zanurzonego do roztworu AgNO3 zwiększyła się po pewnym czasie o 2 g Ile srebra wydzieliło się na pręcie
gmAg 702
82158551
2=
minus=
Ag
AgFeFeAgFe M
mMmnn sdotsdot=rArrsdot=
21
21
21
=Ag
Fe
nn
∆m = mAg - mFe
)211(
Ag
FeAg M
Mmm sdotminus=∆
2 Ag+ + Fe = Fe2+ + 2 Ag
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
AkumulatoryAkumulatory
3842=SOHc
329142
cmgd SOH =
AKUMULATOR OŁOWIOWY
][052 VE =
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
AkumulatoryAkumulatory38
42=SOHcAkumulator ołowiowyAkumulator ołowiowy
329142
cmgd SOH =
][052 VE =
Pb + SO42- = PbSO4 + 2 e PbO2 + SO4
2- + 4 H+ + 2 e = PbSO4 + 2 H2O
Pb + PbO2 + 2 SO42- + 4 H+ 2 PbSO4 + 2 H2O
Akumulator Akumulator EdisonaEdisona
Fe OH- OH- NiO(OH) Fe
Fe + 2 OH- = Fe(OH)2 + 2 e NiO2 + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2 + 2 OH-
+-
Praca
Ładowanie
20=KOHc
Pb H+ SO42- H+ SO4
2- PbO2 Pb +-
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2
Praca
Ładowanie ][41 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogoZn ZnCl2 NH4Cl MnO2 C +-
Zn = Zn2+ + 2 e 2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 e = 2 MnO(OH) + 2 NH3
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Ogniwo Ogniwo LeclanchLeclancheacuteeacutegogo
Zn + 2 NH4+ + 2 MnO2 = [Zn(NH3)]2+ + 2 MnO(OH)
][481 VE =
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
W ogniwie paliwowym prąd zostaje wytworzony dzięki reakcjom chemicznymReakcja sumaryczna
2O2 + CH4 = 2H2O + CO2W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w reformerze(1)
Reakcje reformowaniaCH4 + O2 = 2H2 + CO2
Reakcja na elektrodzie
redukującej2H2 = 4H+ + 4e-
Reakcja na elektrodzie utleniającej
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
W ogniwie paliwowym zasilanym gazem ziemnym cały
proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w
reformerze(1) CH4 + O2 = 2H2 + CO2
Powstający dwutlenek węgla(2) jest usuwany na zewnątrz
Następnie wodoacuter trafia do właściwego ogniwa(3)
wywołując kolejne reakcje chemiczne
Dodatnio naładowane jony (protony)
wodorowe rozpuszczają się w
elektrolicie(5)
Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do
elektrodzie utleniającej(6) przechwytuje
swobodne elektrony
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2Opowodując
powstanie prądu stałego(8)
Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie
z protonami roacutewnież znajdującymi się w
elektrolicie wytwarzając wodę(7)
Platynowy katalizator na elektrodzie redukującejwyrywa z gazu elektrony(4) 2H2 = 4H+ + 4e-
Ogniwo paliwoweOgniwo paliwowe
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Elektroliza jest to uporządkowany ruch jonoacutew w polu potencjału elektrycznego oraz reakcjaredukcji na katodziei utleniania na anodzie
ElektrolizaElektrolizaPrzykład IPrzykład I
CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl-
Cu2+ + 2 e = Cu
+ 2 Cl- = Cl2 + 2 ePrzykład IIPrzykład II Na2SO4 = 2 Na+ + 2 SO4
2-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
W przypadku elektrolizy wodnych roztworoacutew kationoacutew
meteli lekkich lub
anionoacutew kwasoacutew tlenowych na elektrodach
rozkładowi ulega woda
+ 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
Przykład IIIPrzykład III NaOH = Na+ + OH-
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-
+ 4 OH- = O2 + 4 e + 2 H2O
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
FzMksdot
=I tIkm sdotsdot=F ndash Ładunek elektryczny mola elektronoacutew F ndash 96 500 CmolI [A] t [s]
molCqN eA 96500=sdot
II Gdy Imiddott = const
2
1
2
1
kk
mm
=12
21
2
1
zMzM
mm
sdotsdot
=rArr2211 znzn sdot=sdotrArr
PrzykładW czasie elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) żelaza(III) na elektrodzie
wydzieliło się 5 g Fe Oblicz objętość gazu ktoacutery wydzielił się na drugiej elektrodzie
+Fe3+ + 3 e = Fe 2 H2O = O2 + 4 e + 4 H+
351855
543422
2dmVO =sdotsdot=
FeO nn sdot=43
222 OOFeFe znzn sdot=sdot
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Prawa elektrolizy Faraday`aPrawa elektrolizy Faraday`a
K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au
Wzrost właściwości utleniających kationoacutew
Przykład
Roztwoacuter zawierający 05 mola ZnCl2 i 05 mola FeCl3 poddano elektrolizie przepuszczając ładunek Q = 2 F Określić skład warstwy metalicznej osadzonej na elektrodzie
Fe3+ + 3 e = Fe zFe = 3
Zn2+ + 2 e = Zn zZn = 2
Q = QFe + QZnFFQFe 51350 =sdotsdot=
gFF
mFe 2851356
=sdotsdotsdot
=
FzMksdot
=
QFz
MtIFz
Mm sdotsdot
=sdotsdotsdot
=
FzQnsdot
=
gFF
mZn 251650265
=sdotsdotsdot
=
tIkm sdotsdot=
2863100251628
28 =sdot+
=Fe 250=∆ Znn
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Elektroliza stopionego chlorku soduElektroliza stopionego chlorku sodu
Stopiony NaCl
i Na2CO3
+Otrzymywanie chloru i sodu metodą elektrolityczną
Na
Cl2
Na+ + e = Na + 2 Cl- = Cl2 + 2 e
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Elektrolityczne otrzymywanie glinuElektrolityczne otrzymywanie glinu
+
Al3+ + 3 e = Al 2 O2- + C = CO2 + 4 e+
(Na3AlF6)
~ 5 V
Al2O3 otrzymuje się z boksytu AlO(OH) Al(OH)3 Fe2O3 w wyniku działania NaOH
1 AlO(OH) + Al(OH)3 + 2 OH- + H2O= 2 Al(OH)4- Fe2O3 ndash nie rozpuszcza się
2 Al(OH)4- + CO2 = Al(OH)3 + HCO3
- 3 Al(OH)3 Al2O3rarr∆
Al2O3 Na3AlF6
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Elektrolityczna rafinacja miedziElektrolityczna rafinacja miedzi
+
1 Z rudy miedzi otrzymuje się miedź surową przez redukcję chemiczną Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2
2 Miedź surową odlewa się w płyty anodowe o grubości ok 2 cm
3 Przeprowadza się rafinację elektrolityczną
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Elektrolityczna rafinacja glinuElektrolityczna rafinacja glinu
+
AB
C
-Warstwa A służąca jako katoda jest to czyste aluminium
W warstwie tej zachodzi reakcja Al3+ + 3 e = Al
- Warstwa B mieszanina stopionych soli Podczas elektrolizy
Al3+ przechodzi przez tę warstwę do warstwy A
- Warstwa C to zanieczyszczone aluminium
A
B
C
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Elektrolityczne otrzymywanie ClElektrolityczne otrzymywanie Cl22 i i NaOHNaOH
+
H2O
NaCl NaCl
Hg
1 Reakcja anodowa 2 Cl- = Cl2 + 2 e
2 Reakcja katodowa Na+ + e = Na(Hg)
3 Reakcja w środkowej części elektrolizera 2 Na(Hg) + 2 H2O = H2 + 2 NaOH(aq)
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Ic
constsd 1
1
=
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy jakościowej i ilościowejanalizy jakościowej i ilościowej
+
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Polarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutewPolarograficzne oznaczanie (jakościowe i ilościowe) kationoacutew
Pb2+
Cd2+
Zn2+
K+
+
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
NiestechiometryczneNiestechiometryczne metody analizy ilościowejmetody analizy ilościowej
m
wz
m
wz
cc
WW
=
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej WW
cc
WWxx
ccxx
W ndash Mierzona wielkość fizykochemiczna
c - Stężenie substancji wyznaczanej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcaVwz cwz Wwz
Vm cm WmVbz cb
bbwzwz
bwzwz
m
wz
cVcVVVc
WW
sdot+sdot+sdot
=)(
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NO3ndash KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]3log[3032E minussdotsdot
sdotminus= NOE FTRo
Oznaczane stę że nia jonoacutew azotanowych - prosta ka libracyjna
03
031
032
033
034
035
036
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NO3)
Y
EE
EExx
log log ccxx = = --3131
[NO[NO33--]] = 126= 126middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
Ogniwo PtEl_Jonoselektywna NH4+ KCl(s) Hg2Cl2HgPt
]4log[3032E +sdot
sdotsdot+= NHE F
TRo
Oznaczanie stę że nia jonoacutew amonowych -prosta ka libracyjna
008
01
012
014
016
018
-400 -350 -300 -250 -200
lo g c(NH4)
Pote
ncjał e
lekt
rody
jo
nose
lekt
ywne
j
EE
EExx
log log ccxx = = --251251
[NH[NH44++]] = 309= 309middotmiddot1010--3 3 moldmmoldm33
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Potencjometria elektrod jonoselektywnychPotencjometria elektrod jonoselektywnych
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorcabull Potencjał elektrody jonoselektywnej NH4
+ zanurzonej w roztworze wzorcowym o stężeniu jonoacutew [NH4
+]wz = 08 moldm3 wynosi Ewz = 0125 [V] Po dodaniu 5 cm3 tego roztworu do 25 cm3 roztworu badanego potencjał tej elektrody wzroacutesł do wartości E2 = 0155 [V] Jakie jest stężenie jonoacutew [NH4
+] w badanym roztworze
22 loglog
cc
EE wzwz =
Ewz Vwz cwz
E2 V1 c1
V2 c2 E2
1201250
80log1550loglog 22 minus=
sdot=
sdot=
wz
wz
EcEc
3025805 1
21
112
cVV
cVcVc wzwz sdot+sdot=
+sdot+sdot
=
32 760 dmmolc =
25430 2
1minussdot
=cc
DaneE2= 0155 [V]c1= [moldm3]V1 = 25 cm3
cw = 08 moldm3
Vw = 5 cm3
Ewz = 0125 [V]
31 750
25476030 dmmolc =
minussdot=
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
Polarografia jako metoda Polarografia jako metoda niestechiometryczynejniestechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
Uw1 U12 Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
Id1
2
1
2
1
cc
II
d
d =IIdxdx
ccxx
IIdd
c
I Metoda prostej kalibracyjnejI Metoda prostej kalibracyjnej
II Metoda dodawania wzorcaII Metoda dodawania wzorca
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
IIdPbdPb
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Oznaczanie SOOznaczanie SO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
SOSO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbSO= PbSO44
PbPb2+2+
PbPb2+2+
U gt U12
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Wykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznejWykorzystanie elektrolizy w analizie chemicznej
AmperometriaAmperometria -- metoda metoda stechiometryczynejstechiometryczynej analizy ilościowejanalizy ilościowej
UwPb U12Pb Uw2 U12 U [V]
I[A]
Id2
IdPb
CrOCrO4422--
PRM PRM
IIdd
V(Pb2+)
Oznaczanie CrOOznaczanie CrO4422-- metodą miareczkowania metodą miareczkowania amperometrycznegoamperometrycznego
CrOCrO4422-- + Pb+ Pb2+2+ = PbCrO= PbCrO44
PbPb2+2+
U gt U12
Miareczkowanie Miareczkowanie amperometryczneamperometryczne
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
Elektrolityczny prostownik glinowy
++
Prąd nie płynie
Al3+ + 3 e = Al
Al3+ + PO43- = AlPO4
+
H2O = O2 + 4 e + 4 H+ +
AlPO4 + 3e = Al + PO43-
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA
ELEKTROCHEMIAELEKTROCHEMIA