При твердении протекает реакция 9 страница

P + HClO₃ + H₂O → H₃PO₄ + HCl

H₃AsO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

232. См. условие задачи 222

NaCrO₂ + Br₂ + NaOH → Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O

FeS + HNO₃ →Fe(NO₃)₂ + S + NO + H₂O

233. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс — окисление или восстановление — происходит при следующих превращениях:

As^3- → As⁵⁺; N³⁺ → N^3-; S^2-→ S^o

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂O → Na₂SO₄ + MnO₂ + KOH

234. Исходя из степени окисления фосфора в соединениях РН₃, H₃РO₄, Н₃РО₃, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

PbS + HNO₃ → S + Pb(NO₃)₂ + NO + H₂O

235. См. условие задачи 222.

P + HNO₃ + H₂O → H₃PO₄ + NO

KMnO₄ + Na₂SO₃ + KOH → K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

236. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс — окисление или восстановление — происходит при следующих превращениях:

Mn⁶⁺→ Mn²⁺; Cl⁵⁺ → Cl^-; N^3- → N⁵⁺

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

Cu₂O + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

237. См. условие задачи 222.

HNO₃ + Ca → NH₄NO₃ + Ca(NO₃)₂ + H₂O

K₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ → S + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

238. Исходя из степени окисления хрома, йода и серы в соединениях K₂Cr₂O₇, КI и Н₂SО₃, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте, коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

NaCrO₂ + PbO₂ + NaOH → Na₂CrO₄ + Na₂PbO₂ + H₂O

239. См. условие задачи 222.

H₂S + Cl₂ + H₂O → H₂SO₄ + HCl

K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ → S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

240. См. условие задачи 222.

KClO₃ + Na₂SO₃ → KCl + Na₂SO₄

KMnO₄ + HBr → Br₂ + KBr + MnBr₂ + H₂O

ТЕМА: Электронные потенциалы и электродвижущие силы

При решении задач этого раздела см. табл. 7.

Если металлическую пластинку опустить в воду, то катионы металла на ее поверхности гидратируются полярными молекулами воды и переходят в жидкость. При этом электроны, в избытке остающиеся в металле, заряжают его поверхностный слой отрицательно. Возникает электростатическое притяжение между перешедшими в жидкость гидратированными катионами и поверхностью металла. В результате этого в системе устанавливается подвижное равновесие:

Ме + mH₂O ↔ Me(H₂O)_m ⁿ ⁺ + n ē

в растворе на металле

где n — число электронов, принимающих участие в процессе. На границе металл — жидкость возникает двойной электрический слой, характеризующийся определенным скачком потенциала — электродным потенциалом. Абсолютные значения электродных потенциалов измерить не удается. Электродные потенциалы зависят от ряда факторов (природы металла, концентрации, температуры и др.). Поэтому обычно определяют относительные электродные потенциалы в определенных условиях — так называемые стандартные электродные потенциалы (Е°).

Стандартным электродным потенциалом металла называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией (или активностью), равной 1 моль/л, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом, потенциал которого при 25°С условно принимается равным нулю (Е° = 0; ∆G° = 0).

Располагая металлы в ряд по мере возрастания их стандартных электродных потенциалов (Е°), получаем так называемый ряд напряжений.

Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его, восстановительную способность, а также окислительные свойства его ионов в водных растворах при стандартных условиях. Чем меньше значение Е°, тем большими восстановительными способностями обладает данный металл в виде простого вещества и тем меньшие окислительные способности проявляют его ионы, и наоборот. Электродные потенциалы измеряют в приборах, которые получили название гальванических элементов. Окислительно-восстановительная реакция, которая характеризует работу гальванического элемента, протекает в направлении, в котором ЭДС элемента имеет положительное значение. В этом случае ∆ G ° < 0, так как ∆ G ° = — nFE°.

Пример 1. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта (табл. 8). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 моль/л, а потенциал кобальта — в растворе с концентрацией 0,1 моль/л?

Решение. Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

Е = Е° + lg C

где Е° — стандартный электродный потенциал; n — число электронов, принимающих участие в процессе; С — концентрация (при точных вычислениях — активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/л; Е° для никеля и кобальта соответственно равны —0,25 и —0,277 В. Определим электродные потенциалы этих металлов при данных в условии концентрациях:

E_Ni²⁺_/_Ni = =-0,339 В,

E_Co²⁺_/_Co = =-0,307 В,

Таким образом, при изменившейся концентрации потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.

Таблица 7.Стандартные электродные потенциалы (E^o), некоторых металлов (ряд напряжений)

Электрод	E^o, В	Электрод	E^o, В
Электрод	E^o, В	Электрод	E^o, В
Li⁺/Li	-3,045	Cd²⁺/Cd	-0,403
Rb⁺/Rb	-2,925	Co²⁺/Co	-0,277
K⁺/K	-2,924	Ni²⁺/Ni	-0,25
Cs⁺/Cs	-2,923	Sn²⁺/Sn	-0,136
Ba²⁺/Ba	-2,90	Pb²⁺/Pb	-0,127
Ca²⁺/Ca	-2,87	Fe³⁺/Fe	-0,037
Na⁺/Na	-2,714	2H⁺/H₂	-0,000
Mg²⁺/Mg	-2,37	Sb³⁺/Sb	+0,20
Al³⁺/Al	-1,70	Bi³⁺/Bi	+0,215
Ti²⁺/Ti	-1,603	Cu²⁺/Cu	+0,34
Zr⁴⁺/Zr	-1,58	Cu⁺/Cu	+0,52
Mn²⁺/Mn	-1,18	Hg₂²⁺/2Hg	+0,79
V²⁺/V	-1,18	Ag⁺/Ag	+0,80
Cr²⁺/Cr	-0,913	Hg²⁺/Hg	+0,85
Zn²⁺/Zn	-0,763	Pt²⁺/Pt	+1,19
Cr⁺³/Cr	-0,74	Au³⁺/Au	+1,50
Fe²⁺/Fe	-0,44	Au⁺/Au	+1,70

Пример 2. Магниевую пластинку опустили в раствор её соли. При этом электродный потенциал магния оказался равен —2,41 В. Вычислите концентрацию ионов магния (в моль/л).

Решение. Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (см. пример 1):

-2,41=-2,37+ lgC,

-0,04=0,0295lgC,

lgC= -1,3559 = - 2,6441

С_Mg²⁺= моль/л

Пример 3. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются магниевая и цинковая пластинки, опущенные в растворы их ионов с активной концентрацией 1 моль/л. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, и вычислите его ЭДС.

Решение. Схема данного гальванического элемента

Вертикальная линейка обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линейки - границу раздела двух жидких фаз - пористую перегородку -(или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

(1)

Цинк, потенциал которого -0,763 В - катод, т. е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

(2)

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов:

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль/л, то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов:

Контрольные вопросы

241. При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001 М растворе, а другой такой же электрод — в 0,01 М растворе сульфата никеля. Ответ: 0,0295 В.

242. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [ Рb²⁺ ] = [Мg²⁺ ] = 0,01 моль/л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ: 2,244 В.

243. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом — анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.

244. Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.

245. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опушенных в растворы своих солей с концентрацией [Mg²⁺] = [Cd²⁺] = 1 моль/л. Изменится ли значение ЭДС, если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л? Ответ: 1.967 В.

246. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из пластин цинка и железа, погруженных в растворы их солей. Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на аноде и на катоде. Какой концентрации надо было бы взять ионы железа (моль/л), чтобы ЭДС элемента стала равной нулю, если [Zn²⁺] = 0,001 моль/л? Ответ: 7,3·10^-15 моль/л.

247. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению

Ni + Pb(NO₃)₂ = Ni(NO₃)₂ + Pb

Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите ЭДС этого элементе, если [Ni²⁺ ] = 0,01 моль/л, [Pb²⁺] = 0,0001 моль/л. Ответ: 0,064 В.

248. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора?

249. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке кадмий-никелевого аккумулятора?

250. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке железо-никелевого аккумулятора?

251. В два сосуда с голубым раствором медного купороса, поместили в первый цинковую пластинку, а во второй серебряную. В каком сосуде цвет раствора постепенно пропадает? Почему? Составьте электронные и молекулярное уравнения соответствующей реакции.

252. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: a) CuSО₄; б) MgSО₄; в) РЬ(NO₃)₂? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

253. При какой концентрации ионов Zn²⁺ (в моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала? Ответ: 0,30 моль/л

254. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) AgNO₃; б) ZnSO₄; в) NiSO₄? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

255. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал —1,23 В. Вычислите концентрацию ионов Мn²⁺ (в моль/л). Ответ: 2,02 · 10^-2 моль/л.

256. Потенциал серебряного электрода в растворе АgNO₃ составил 95% от значения его стандартного электродного потенциала. Чему равна концентрация ионов Аg⁺ (в моль/л)? Ответ: 0,20 моль/л.

257. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС медно-кадмиевого гальванического элемента, в котором [Cd²⁺] = 0,8 моль/л, а [Сu²⁺] = 0,01 моль/л. Ответ: 0,68 В.

258. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых медь была бы катодом, а в другом — анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.

259. При какой концентрации ионов Сu²⁺ (моль/л) значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода? Ответ: 1,89 · 10^-12 моль/л.

260. Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных: первый в 0,01 н., а второй в 0,1 н. растворы AgNO₃. Ответ: 0,059 В.

ТЕМА: Электролиз

Пример 1. Какая масса меди выделится на катоде при электролизе раствора CuSО₄ в течение 1 ч при силе тока 4 А?

Решение. Согласно законам Фарадея

(1)

где m - масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде, г; Э - эквивалентная масса вещества, г/моль; I - сила тока, A; t - продолжительность электролиза, с. Эквивалентная масса меди в CuSО₄ равна 63,54:2 = 31,77 г/моль. Подставив в формулу (1) значения Э = 31,77; I =4 A, t = 60 · 60 =3600 с, получим

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 157; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!