Напишите уравнения электродных процессов, происходящих при коррозии сплава железа и меди во влажном воздухе.

Вариант 58

19.

1. Для атомов элементов, порядковые номера которых указаны в табл.1 укажите состав ядер (число протонов и нейтронов), составьте электронные формулы атомов. Укажите валентные электроны, распределите их по квантовым ячейкам в стационарном и возбуждённом состояниях, определите значения спиновой валентности. К какому электронному семейству принадлежит каждый элемент?

2. Исходя из положения элементов в периодической системе элементов Менделеева, выбранных в соответствии с шифром (см. табл.1), охарактеризуйте их свойства. Является ли каждый из них металлом или неметаллом, окислителем или восстановителем? Каковы высшая и низшая степени окисления их атомов? Составьте формулы оксидов и гидроксидов, отвечающих их высшей степени окисления? Какими кислотно-основными свойствами обладают эти соединения? Приведите уравнения соответствующих реакций. Образуют ли данные элементы водородные соединения? Сравните свойства соединений данного элемента со свойствами аналогичных соединений элементов той же подгруппы периодической системы.

19 40, 50

Решение

₄₀Zr

Число протонов равно заряду ядра 40, число нейтронов равно разности атомной массы и числа протонов, т.е. 91-40=51

Электронная формула:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d²5s²

Электронно-графическая формула:

↓↑

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰

↓↑

↑

4s²4p⁶4d²

↓↑

5s²

Валентные электроны 4d²5s²,

Спиновая валентность равна 2 в основном состоянии.

₄₀Zr*

↓↑

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰

↓↑

↑

4s²4p⁶4d²

↑

5s²¹5p¹

Валентные электроны 4d²5s¹5p¹,

Спиновая валентность равна 4 в возбужденном состоянии.

Цирконий относится к d-семейству.

Цирконий является металлом. Для него характерны восстановительные свойства. Низшая степень окисления – 0. Высшая - +4. Наиболее устойчивая степень окисления +4

ZrO₂ - степень окисления циркония +4, амфотерный оксид, , поэтому взаимодействует с кислотами и щелочами:

ZrO₂ +2H₂SO₄= Zr(SO₄)₂+ 2H₂O

ZrO₂ +2NaOH= Na₂ZrO₃+ H₂O

Цирконий не образует водородное соединение

По сравнению с другими элементами IVB группы (Ti, Hf) cоединения циркония имеют промежуточные свойства. Его оксид и гидроксид более основные, по сравнению с соединениями титана, но менее основные по сравнению с соединениями гафния.

₅₀Sn

Число протонов равно заряду ядра 50, число нейтронов равно разности атомной массы и числа протонов, т.е. 119-50=69

Электронная формула:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p²

Электронно-графическая формула:

↓↑

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰

↓↑

4s²4p⁶4d¹⁰

↓↑

↑

5s²5p²

Валентные электроны - 5s²5p²

Спиновая валентность равна 2 в основном состоянии. Олово относится к

p-семейству.

Возбужденное состояние олова:

Sn*

↑

5s5p

Спиновая валентность равна 4

Олово является металлом. Для него характерны восстановительные свойства. Низшая степень окисления – 0. Высшая - +4. Наиболее устойчивая степень окисления +4

SnO₂ - степень окисления циркония +4, амфотерный оксид, , поэтому взаимодействует с кислотами и щелочами:

SnO₂ +2H₂SO₄= Sn(SO₄)₂+ 2H₂O

SnO₂ +2NaOH= Na₂SnO₃+ H₂O

Цирконий не образует водородное соединение

По сравнению с другими элементами IVА группы (C, Ge , Pb) cоединения олова имеют промежуточные свойства. Его оксид и гидроксид более основные, по сравнению с соединениями германия, но менее основные по сравнению с соединениями свинца.

21. Принимая во внимание значение относительных электроотрицательностей (приложение 1), определите, какой тип химической связи (ковалентная неполярная, ковалентная полярная или ионная) имеет место в указанных соединениях (табл. 3). В случае ковалентной полярной или ионной связи укажите направление смещения электронов. В случае ковалентной связи постройте электронные схемы молекул, схемы перекрывания электронных орбиталей и определите геометрическую форму молекулы.

21 CaCl₂, H₂O

Решение

CaCl₂

∆ЭО = ЭO(Cl)-ЭО(Ca)

∆ЭО =3,0-1,0=2,0 - ионная связь, электронная плотность смещена к хлору

H₂O

∆ЭО = ЭO(O)-ЭО(H)

∆ЭО =3,5-2,1=1,4<2 ковалентная полярная связь, электронная плотность смещена к кислороду

O 2s²2p⁴

↓↑

↑

В=2

H 1s¹

↑

В=1

H∙ + ∙O∙ + ∙H → H:O:H H−O−H

Угловая молекула

43. Используя данные приложения 2, вычислить стандартные изменения энтальпии ( D H ), энтропии ( D S ) и свободной энергии Гиббса ( D G ) для химических реакций, уравнения которых указаны ниже. Объясните характер изменения энтальпии (экзо- или эндотермическая реакция; выделяется или поглощается теплота) и энтропии ( D S > 0, D S < 0, D S = 0). Возможна ли данная реакция при стандартных условиях ? При какой температуре она начинается?

43. Cu₂S₍ _т ₎ + 2O₂₍ _г ₎ = 2CuO₍ _т ₎ + SO₂₍ _г ₎

Решение

Определим тепловой эффект реакции при 298К:

Так как , при 298 К реакция экзотермическая (идет с выделением теплоты).

Определим приращение энтропии процесса:

4 Рассчитаем приращение изобарно-изотермического потенциала:

Так как , при 298 К реакция имеет тенденцию к развитию в прямом направлении.

Определим температуру равновесного состояния:

Т=∆H/∆S

Т=(-621100)/(-318,6)=1949 К

Реакция возможна при температуре < 1949 К

Задачи 61 - 80

Составьте выражения для скоростей прямой, обратной реакций (уравнение реакции то же, что в предыдущей задаче), константы равновесия. Вычислите, во сколько раз изменится скорость прямой реакции при заданном изменении температуры, концентрации и давлении (табл. 4). Как необходимо изменить внешние условия (температуру, давление, концентрации веществ) для смещения равновесия слева направо?

Номер задачи	61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
Уравнение в задании темы 3	41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
Темп.коэф-иент t₁ t₂ n₁(концентрация 1-ого компонента увеличилась в n₁ раз) n₂(концентрация 2-ого компонента увеличилась в n₂ раз) m (давление уве- личилось в m раз)	2 3 3 2 2 3 2 2 4 2 110 90 100 20 30 40 80 130 90 90 120 110 130 50 70 90 70 140 100 100 3 3 4 5 6 7 2 4 8 3 8 8 4 5 1 100 1 5 6 15 2 3 2 10 2 3 2 3 2 10

Решение

1) V_пр= k_пр [O₂]² V_обр= k_обр[SO₂]

2) Согласно правилу Вант-Гоффа: при повышении температуры на 10 ◦С скорость большинства химических реакций увеличивается в 2-4 раза. Это правило математически выражается следующей формулой:

Подставим значения:

Отношение скоростей до и после изменения температуры равно:

v₂/v₁=27

Ответ: скорость реакции увеличится в 27 раз

3) Пусть y – концентрация O₂. Тогда скорость реакции равна:

v=ky²

Тогда концентрация O2 станет равной 4у моль/л.

Скорость реакции после изменения концентраций станет равной:

v’=k∙(4y)²=16 ky²

Отношение скоростей равно: v’/v=16 ky²/ ky²=16

Ответ: скорость прямой реакции увеличится в 16 раз

4) Давление прямо пропорционально концентрации вещества согласно уравнению Менделеева-Клапейрона.

Тогда при увеличении давления в 2 раза концентрация газа увеличится в 2 раза. Концентрация O₂ станет равной 2у моль/л.

Скорость реакции после увеличения давления станет равной:

v’=k∙(2y)²=4 kу²

Отношение скоростей равно: v’/v=4 kу²/ kу² = 4

Ответ: скорость прямой реакции увеличится в 4 раза

5) Направление смещения химического равновесия определяется с помощью принципа Ле-Шателье: «Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить температуру, давление, концентрацию одного или нескольких веществ, участвующих в реакции), то это приведет к увеличению скорости той реакции, протекание которой будет компенсировать (уменьшать) оказанное воздействие».

Например, при увеличении концентрации исходных веществ возрастает скорость прямой реакции и равновесие смещается вправо. При уменьшении концентрации исходных веществ, наоборот, возрастает скорость обратной реакции, а химическое равновесие смещается влево.

При увеличении температуры (т.е. при нагревании системы) равновесие смещается в сторону протекания эндотермической реакции, а при ее уменьшении (т.е. при охлаждении системы) – в сторону протекания экзотермической реакции. (Если прямая реакция является экзотермической, то обратная обязательно будет эндотермической, и наоборот).

Cu₂S₍ _т ₎ + 2O₂₍ _г ₎ = 2CuO₍ _т ₎ + SO₂₍ _г ₎

1) В этой системе сместить равновесие в сторону прямой реакции можно, увеличив концентрацию O₂, уменьшив концентрацию SO2

2) При уменьшении температуры равновесие смещается в сторону прямой реакции – экзотермической Q >0

3) Так как в реакции участвуют газы, число молекул газа справа и слева в уравнении реакции не равно, то на смещение равновесия влияет давление. При увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения числа молекул газа, т.е. в сторону прямой реакции.

Задача 87

По данным таблицы 4 рассчитайте массовую и мольную доли растворённого в 100 г воды(M_А= 18 г/моль) вещества, молярную и моляльную концентрации соответствующего раствора, повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания, а также величину осмотического давления, если мембрана пропускает только молекулы воды и температура опыта 25°С. Постоянные воды: К_э= 0,52и К_к= 1,86.

Таблица 5

Номер

задачи

Растворённое вещество

Плотность

раствора,

r (г/моль)

Название

Молярная масса, М_В (г/моль)

Масса на 100 г воды, m_В (г)

Уксусн. кислота

4,17

1,004

Решение

Массовая доля равна:

Мольная доля:

Моляльность:

Молярность:

Повышение температуры кипения:

Понижение температуры замерзания:

Осмотическое давление:

Задачи 103

Для реакций, схемы которых указаны ниже, составьте уравнения методом электронного баланса. Укажите типы реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое - восстановителем и почему.

103. 10FeCO₃ + 2KMnO₄ + 18H₂SO₄ ® 5Fe₂(SO₄)₃ + CO₂ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 18H₂O

межмолекулярная ОВР

2Fe⁺² – 1e = 2Fe⁺³│5 окисление, восстановитель

Mn⁺⁷ + 5e = Mn⁺² │2 восстановление, окислитель

3Cl₂ + 6KOH ® 5KCl + KClO₃ + 3H₂O реакция диспропорционирования

Сl₂⁰ + 2e = 2Cl^-1│5 восстановление, окислитель

Сl₂⁰ - 10 e = 2Cl⁺⁵│1 окисление, восстановитель

Задача 128

Составьте полную схему гальванического элемента, напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС. Необходимые для решения данные приведены в табл. 6.

Т а б л и ц а 6

N за- дачи	Ме- талл 1	Ме- талл 2	Элек- тролит 1	Концентра- ция элек- тролита 1	Элек- тролит 2	Концентра- ция элек- тролита 2
121_. 122_. 123_. 124_. 125_. 126_. 127_. 128_. 129_. 130_. 131_. 132_. 133_.	Ag_. Cu_. Zn_. Zn_. Cr_. Mg_. Zn_. Cd_. Ni_. Cu_. Zn_. Mg_. Fe_.	Ag_. Mg_. Ni_. Zn_. Cu_. Cu_. Pb_. Ni_. Pb_. Cu_. Fe_. Cd_. Ag_.	AgNO₃ CuCl₂ ZnSO₄ ZnSO₄ CrCl₃ MgSO₄ Zn(NO₃)₂ CdCl₂ Ni(NO₃)₂ CuCl₂ ZnCl₂ MgCl₂ Fe(NO₃)₂	1.0_. 0.1_. 0.1_. 1.0_. 0.1_. 0.1_. 0.01_. 0.1_. 0.1_. 0.1_. 0.1_. 0.01_. 0.1_.	AgNO₃ MgCl₂ NiSO₄ ZnSO₄ CuCl₂ CuSO₄ Pb(NO₃)₂ NiCl₂ Pb(NO₃)₂ CuCl₂ FeCl₂ CdCl₂ AgNO₃	0.001_. 0.1_. 0.1_. 0.01_. 0.1_. 0.1_. 0.01_. 0.1_. 1.0_. 0.001_. 0.1_. 0.1_. 0.1_.

Решение

Электродные потенциалы металлов равны: E◦(Ni²⁺/Ni)=-0,250 В

E◦(Cd²⁺/Cd)=-0,403 В.

E◦(Cd²⁺/Cd)< E◦(Ni²⁺/Ni), поэтому кадмий будет анодом, никель – катодом.

Схема гальванического элемента:

(-) Сd│CdCl₂ (0,1 M)││NiCl₂ (0,1 M)│Ni (+)

На электродах происходят процессы:

(–) А: Cd – 2e^- = Cd²⁺;

(+) K: Ni²⁺+ 2e^- = Ni.

Рассчитаем электродные потенциалы катода и анода:

ЭДС = E_к - E_а

ЭДС = -0,280-(-0,433) = 0,153 В

Напишите уравнения электродных процессов, происходящих при коррозии сплава железа и меди во влажном воздухе.

Решение

E◦ (Fe²⁺/Fe) =-0,440 В

E◦ (Cu²⁺/Cu) = +0,337 В

Так как E◦ (Fe²⁺/Fe) < E◦ (Cu²⁺/Cu), то железный электрод является анодом, медный - катодом.

Схема коррозии во влажном воздухе

Fe│Fe²⁺││O₂, H₂O│Cu

На электродах происходят процессы:

(–) А: Fe – 2e^- = Fe²⁺; окисление

(+) K: O₂+ 2Н₂O+ 4e^- = 4OH- восстановление

Поток электронов перемещается от железа к меди

Cуммарное уравнение:

2Fe + O₂+ 2Н₂O = 2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂+ O₂+ 2Н₂O = 4Fe(OH)₃

Задача 178

Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить ниже приведённые превращения. Реакции ионного обмена запишите в молекулярной и ионно-молекулярной форме. Для окислительно-восстановительных реакций составьте электронные уравнения процессов окисления и восстановления, укажите окислитель и восстановитель, подберите коэффициенты методом электронного баланса.

178. Cr ® CrCl₂ ® Cr(OH)₂ ® Cr(OH)₃ ® Cr(NO₃)₃

1) Сr + 2HCl = CrCl₂ + H₂

Cr ⁰– 2e = Cr⁺²│ 1 восстановитель

2H+ + 2e = H₂ │ 1 окислитель

2) CrCl₂ + 2NaOH = Cr(OH)₂ + 2NaCl

Cr²⁺ + 2Cl- + 2Na⁺ + 2OH- = Cr(OH)₂ ↓ + 2Na⁺+ 2Cl-

Cr²⁺ + 2OH- = Cr(OH)₂ ↓

3) 4Cr(OH)₂ + O₂ + 2H2O= 4Cr(OH)₃

Cr⁺² – 1e = Cr⁺³│ 4 восстановитель

O₂+ 4e = 2O^-2│ 1 окислитель

4) Cr(OH)₃ + 3HNO₃ = Cr(NO₃)₃+ 3H₂O

Cr(OH)₃ + 3H⁺ + 3NO₃ - = Cr³⁺+ 3NO₃- + 3H₂O

Cr(OH)₃ + 3H⁺ = Cr³⁺+ 3H₂O

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 264; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!