khimia_metodichka_2

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

каждой реакции указать, какое вещество является окислителем, какое − восстановителем; какое вещество окисляется, какое − восстанавливается.

99. Реакции выражаются схемами:

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

каждой реакции указать, какое вещество является окислителем, какое − восстановителем; какое вещество окисляется, какое − восстанавливается.

100. Реакции выражаются схемами:

каждой реакции указать, какое вещество является окислителем, какое − восстановителем; какое вещество окисляется, какое − восстанавливается.

6. ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Примеры решения задач

Пример 1. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем у кобальта. Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его с концентрацией 0,001 моль/л, а кобальта – 0,1 моль/л?

Решение. Электродный потенциал металла (E) зависит от концентрации его ионов в растворе в соответствии с уравнением Нернста:

где E0 − стандартный электродный потенциал, z – число электронов,

E0 для никеля и кобальта соответственно равны – 0,25 В и – 0,277 В.

Определим электродные потенциалы этих металлов при данных в условии концентрациях:

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

Пример 2. Пластинку магния опустили в раствор его соли. Электродный потенциал магния оказался равен – 2,41 В. Вычислить концентрацию ионов магния в моль/л.

Решение. Для решения задачи используем уравнение Нернста

(см. пример 1):

Задачи для самостоятельного решения

101. 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 молекулярные уравнения соответствующей реакции.

102. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) CuSO4 ; б)

MgSO4 ; в) Pb(NO3)2? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

103. При какой концентрации Zn2+-ионов (моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала?

Ответ: 0,30 моль/л.

104. 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.

105. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал -1,23 В.

Вычислить концентрацию Mn2+-ионов в моль/л. Ответ: 1,89 10-2 моль/л.

106. Потенциал серебряного электрода в растворе AgNO3 составил 95 %

от величины его стандартного электродного потенциала. Чему равна концентрация Ag+-ионов в моль/л? Ответ: 0,20 моль/л.

107. Никелевый и кобальтовый электроды опущены соответственно в растворы Ni(NO3)2 и Со(NO3)2. В каком соотношении должны быть концентрации ионов этих металлов, чтобы потенциалы обоих электродов были одинаковыми? Ответ: CNi2 / CCo2 0,117 .

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

109.При какой концентрации Cu2+-ионов (моль/л) значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода? Ответ: 1,89 10-12 моль/л.

110. Какой гальванический элемент называется концентрационным?

Составить схему, написать электронные уравнения электродных процессов и вычислить эдс гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных: первый − в 0,01н, а второй − в 0,1н растворы AgNO3.

Ответ: 0,058 В.

111. При каком условии будет работать гальванический элемент,

электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составить схему,

написать электронные уравнения электродных процессов и вычислить эдс гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в

0,001М растворе, а другой такой же электрод − в 0,01М растворе сульфата никеля. Ответ: 0,029 В.

112. Составить схему, написать электронные уравнения электродных процессов и вычислить эдс гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией

[Pb2+] = [Mg2+] = 0,01 моль/л. Изменится ли эдс этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз?

Ответ: 2,244 В.

113.Составить схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом − анодом. Написать для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.

114.Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником

ипогружены в раствор серной кислоты. Составить схему данного гальванического элемента и написать электронные уравнения процессов,

происходящих на аноде и на катоде.

115. Составить схему, написать электронные уравнения электродных процессов и вычислить эдс гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией

[Mg2+] = [Cd2+] = 1моль/л. Изменится ли величина эдс, если концентрацию

каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л. Ответ: 1,967 В.

116.Составить схему гальванического элемента, состоящего из пластин цинка и железа, погруженных в растворы их солей. Написать электронные уравнения процессов, протекающих на аноде и на катоде. Какой концентрации надо было взять раствор соли железа (моль/л), чтобы эдс элемента стала равной нулю, если [Zn2+] = 0,001 моль/л? Ответ: 7,3 10-15 моль/л.

117.Составить схему гальванического элемента, в основе работы которого лежит реакция, протекающая по уравнению: Ni + Pb(NO3)2 = Ni(NO3)2

+Pb. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов.

Вычислить эдс этого элемента, если [Ni2+] = 0,01 моль/л, [Pb2+] = 0,0001 моль/л.

Ответ: 0,066 В.

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

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

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

7. ЭЛЕКТРОЛИЗ

Примеры решения задач

Пример 1. Составить схему электролиза расплава хлорида натрия с угольными электродами.

Решение. При электролизе расплава отсутствуют процессы, связанные с восстановлением водорода и окислением кислорода воды. Поэтому под действием электрического тока катионы Na+ перемещаются к катоду, и анионы

Cl- − к аноду. Принимая от катода электроны, ионы Na+ восстанавливаются до

металлического натрия. Анионы Cl- отдают электроны аноду и превращаются в молекулы Cl2, поэтому у анода происходит выделение хлора.

Схема электролиза расплава хлорида натрия имеет вид:

NaCl Na Cl.

Пример 2. Составить схему процесса электролиза раствора сульфата

натрия.

Решение. Исходный раствор содержит ионы Na+, SO24 и молекулы воды,

диссоциирующие по уравнению: H2O H OH.

Так как натрий – щелочной металл и в ряду напряжений расположен

левее водорода, то у катода будет происходить выделение водорода. Анионы

SO24 содержат кислород, поэтому у анода будет развиваться процесс выделения молекул кислорода из воды. Таким образом, у катода образуется раствор щелочи, а у анода – раствор кислоты. Схема процесса электролиза имеет вид:

Пример 3. Сколько граммов меди выделится на катоде при электролизе раствора сульфата меди в течение 1 часа при силе тока 4 А?

Решение. Согласно законам Фарадея: m Э I t ,

96500

где m – масса вещества, Э – эквивалентная масса вещества, I – сила тока,

А, t – продолжительность электролиза.

Эквивалентная масса меди в CuSO4 равна 63,54 : 2 = 31,77 г. Подставляем это значение и исходные данные в формулу, получаем:

Задачи для самостоятельного решения

121.Составить схемы электролиза водных растворов AgNO3, KCl, Na2CO3

сугольными электродами.

122.Через растворы хлорида натрия и сульфата натрия пропускали постоянный ток в течение некоторого времени. Как изменится количество соли в том и другом случае? Составить уравнения процессов, протекающих на угольных электродах.

123.Составить схемы электролиза водных растворов сульфата меди и хлорида натрия с угольными электродами. Какой из этих металлов можно получить электролизом раствора его соли?

124.Какие процессы протекают на катоде и на аноде при электролизе водного раствора хлорида никеля, если анод: а) никелевый; б) угольный.

125.Рассчитать электрохимические эквиваленты цинка и серебра.

126.Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока,

равной 2 А, в течение 4 часов. Сколько граммов серебра выделилось на катоде?

127.Электролиз раствора сульфата некоторого металла проводили при силе тока 6 А в течение 45 минут, в результате чего на катоде выделилось 5,49 г

металла. Вычислить эквивалент этого металла.

128.Составить электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора и расплава гидроксида калия.

129.Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 часов, в

результате чего выделилось 6 литров кислорода, измеренного при н.у.

Вычислить силу тока.

130.Составить электронные уравнения процессов, протекающих на электродах при электролизе раствора сульфата алюминия в случае угольного и алюминиевого анода.

131.Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах при электролизе раствора йодида натрия в течение 2,5 часов, если сила тока равна 6 А.

132.При электролизе раствора нитрата серебра масса серебряного анода уменьшилась на 5,4 г. Сколько кулонов электричества израсходовано на этот процесс?

133.Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах при электролизе раствора бромида калия в течение 1 часа при силе тока 15 А?

134.При пропускании электрического тока через раствор сульфата меди за 30 минут выделилось 1 г металлической меди. Определить силу тока.

135.В течение какого времени необходимо пропускать электрический ток силой 20 А через раствор соляной кислоты, чтобы выделилось 28 л водорода

(н.у.)?

136.Составить электронные уравнения процессов, происходящих при электролизе раствора хлорида меди, с использованием медного и угольного анода.

137.На проведение электролиза раствора хлорида кальция израсходовано

10722,2 Кл электричества. Вычислить массу веществ, выделяющихся на

угольных электродах.

138.Составить электронные уравнения процессов, протекающих при электролизе раствора и расплава хлорида калия.

139.Рассчитать продолжительность электролиза раствора электролита при силе тока 5 А, если на катоде выделяется 0,1 эквивалент вещества. Сколько вещества выделится на аноде?

140. Электролиз раствора сульфата калия проводили при силе тока 5 А в течение 3 часов. Составить электронные уравнения процессов, происходящих на электродах и вычислить объем выделяющихся на электродах веществ.

8. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

Примеры решения задач

Пример 1. Составить уравнения электродных реакций анодного и катодного процессов при коррозии железа в нейтральном растворе, если известно, что процесс протекает с кислородной деполяризацией. Привести уравнения реакций образования вторичных продуктов коррозии.

Решение: Составляем уравнения анодного и катодного процессов: анодный процесс Fe0 – 2e = Fe2+;

катодный процесс O2 + 2H2O + 4e = 4OH-.

Образование нерастворимых вторичных продуктов коррозии протекает по следующей схеме:

−взаимодействие катиона Fe2+ с анионами OH-

Fe2+ + 2OH- = Fe(ОН)2↓;

−взаимодействие гидроксида железа(II) с кислородом воздуха

4Fe(ОН)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3.

Таким образом, продуктами коррозионного процесса являются: Fe(ОН)2 и

Fe(OH)3.

Задачи для самостоятельного решения

141. Какое покрытие металла называется анодным и какое − катодным?

Назвать металлы, которые можно использовать для анодного и катодного покрытия железа во влажном воздухе и в сильнокислой среде.

142. Железное изделие покрыли свинцом. Какое это покрытие − анодное или катодное? Почему? Составить уравнения анодного и катодного процессов

коррозии этого изделия при нарушении целостности покрытия во влажном воздухе и в растворе соляной кислоты. Какие продукты коррозии образуются в первом и втором случаях?

143.Какой металл может служить протектором при защите железа от коррозии в водном растворе с pH=10 в контакте с воздухом? Написать уравнения реакций протекающих процессов.

144.Объяснить, почему в атмосферных условиях цинк корродирует, а

золото – нет. Объяснение подтвердить расчѐтами.

145.Написать уравнения реакций процессов, протекающих на электродах при электрохимической защите стальных труб.

146.Что такое скорость коррозии и в каких единицах она измеряется?

Привести пример расчѐта скорости коррозии какого-нибудь металла.

147.Какие факторы влияют на скорость коррозии с выделением водорода? Как и почему изменится скорость коррозии с выделением водорода при уменьшении pH среды? Влияет ли природа катодных участков и перемешивание раствора на скорость коррозии металла с выделением водорода?

148.Привести примеры катодных и анодных покрытий для кобальта.

Составить уравнения катодных и анодных процессов во влажном воздухе и в

растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.

149.Назвать металлы, которые могут корродировать с выделением водорода в водном растворе, имеющем pH: а) 2,0; б) 7,0; в) 10,0.

150.Назвать металлы, которые могут корродировать с поглощением водорода в водном растворе, имеющем pH: а) 2,0; б) 5,0; в) 8,0.

151.Какие катодные процессы возможны при коррозии железа в растворе хлорида натрия? Какие методы защиты железа от коррозии можно рекомендовать в этом случае?