WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 26 |

Магний имеет меньший потенциал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс Mgo - 2e Mg2+. Цинк, потенциал которого -0,76 В - катод, т.е. электрод на котором протекает восстановительный процесс Zn2+ + 2e Zno. Уравнение окислительновосстановительной реакции, которая лежит в основе работы данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного процессов Mg + Zn2+ = Mg2+ + Zn. Для определения э.д.с. гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода.

Так как концентрация ионов в растворе равна 1 г-ион/дм3, то э.д.с. элемента равна разности стандартных электродных потенциалов двух его электродов.

Поэтому э.д.с. = o - o = -0,76-(- 2,37)= 1,61 B.

2+ Zn2+ /Zn Mg /Mg П р и м е р 130 Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погруженного в 0,02 М раствор нитрата свинца.

Вычислите э.д.с. элемента, напишите уравнения электродных процессов, составьте схему элемента.

Решение Чтобы определить э.д.с. элемента, необходимо вычислить электродные потенциалы. Для этого находим значения стандартных электродных потенциалов систем Zn2+/Zn (-0,76 В) и Pb2+/Pb (-0,В), а затем рассчитываем значения по уравнению Нернста:

= o +(0,059/n)lgс, где о - стандартный электродный потенциал; n - число электронов, принимающих участие в процессе;

с - концентрация (при точных вычислениях - активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/дм3. То есть:

0,Zn2+ /Zn = -0,76 + lg0,1 = -0,76 + 0,030(-1)= -0,79 B 0,Pb2+ / Pb = -0,13 + lg0,02 = -0,13 + 0,030(-1,7)= -0,18 B.

Находим э.д.с. (Е) элемента:

E = Pb2+ / Pb - Zn2+ / Zn = -0,18 -(0,79)= 0,61 B.

Поскольку Pb2+ / Pb > Zn2+ / Zn, то на свинцовом электроде будет происходить восстановление, т.е. он будет служить катодом:

Pb2+ + 2 е = Pb.

На цинковом электроде будет протекать процесс окисления Zn - 2 е = Zn2+ т.е. этот электрод будет анодом. Схема гальванического элемента имеет следующий вид:

(-) ZnZn2+Pb2+Pb (+) (0,1 М) (0,02 М) П р и м е р 131 Определите э.д.с. гальванического элемента Ag AgNO3(0,001M) AgNO3(0,1M)Ag.

В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента Решение Стандартный электродный потенциал системы Ag+/Ag равен 0,80 В. Обозначив потенциал левого электрода через 1, а правого - через 2, находим:

1 = 0,80 + 0,059 lg 0,001 = 0,80 + 0,059(-3) = 0,62 B 2 = 0,80 + 0,059 lg 0,1 = 0,80 - 0,059(-1) = 0,74 B.

Вычисляем э.д.с. элемента:

E = 2 - 1 = 0,74 - 0,62 = 0,12 В.

Поскольку 1 < 2, то левый электрод будет служить отрицательным полюсом элемента и электроны перемещаются во внешней цепи от левого электрода к правому.

П р и м е р 132 Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта. Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,моль/дм3, а потенциалы кобальта - в растворе с концентрацией 0,1 моль/дм3 Решение Стандартные электродные потенциалы для никеля и кобальта соответственно равны 0,25 и -0,27 В. Определим электродные потенциалы этих металлов при данных в условии концентрациях по уравнению Нернста:

Ni2+ /Ni = -0,25 + (0,059/2)lg10-3 = -0,339 B Co2+ /Co = -0,277 + (0,059/2)lg10-1 = -0,307 B.

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

П р и м е р 133 Магниевую пластинку опустили в раствор его соли. При этом электродный потенциал магния оказался равным -2,41 В. Вычислите концентрацию ионов магния (моль/дм3).

Решение Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (см. пример 6.3.2):

-2,41 = -2,37 + (0,059/2)•lgс, -0,04 = 0,0295•lgс, lgс = -0,04/0,0295 = -1,3559 = 2,6441, с(Mg2+) = 4,4•10-2 моль/дм3.

П р и м е р 134 После погружения железной пластинки массой 8 г в раствор нитрата свинца(II) объемом 50 см3 ( = 1,23 г/см3) с массовой долей 15% масса соли уменьшилась втрое. Какой стала масса пластинки Решение Fe + Pb(NO3)2 = Pb + Fe(NO3)M(Pb(NO3)2) = 331 г/моль; M(Pb) = 207 г/моль; M(Fe) = 56 г/моль.

Количество нитрата свинца(II) составит 0,15•50•1,23/331 = 0,0278 моль. По условию задачи масса железной пластинки уменьшилась втрое, т.е. концентрация Pb2+ составит 0,0278/3 = 0,0092 моль-ионов, а перешло на пластинку 0,0278 – 0,0092 = 0,0186 моль-ионов или 0,0186•207 = 3,85 г.

Перешло в раствор Fe2+ - ионов соответственно 0,0186•56 = 1,04 г. Следовательно, масса пластинки будет равна 8,00 – 1,04 + 3,85 = 10,81 г.

П р и м е р 135 Медный стержень массой 422,4 г выдержали в растворе нитрата серебра, после чего его масса составила 513,6 г. Рассчитайте объем израсходованного раствора азотной кислоты ( = 1,20 г/см3) с массовой долей 32 %, необходимый для растворения медного стержня после выдерживания его в растворе нитрата серебра.

Решение 1) Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag 2) 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4 H2O 3) 3Ag + 4HNO3 = 3AgNO3 +NO + 2H2O M(Сu) = 64 г/моль; М(Ag) = 108 г/моль; M(HNO3) = 63 г/моль Масса выделенного по реакции (1) серебра составит 513,6 - 422,4 = = 91,2 г или 91,2/108 = 0,моль. Следовательно, в раствор перейдет согласно реакции (1) 0,85/2 = 0,425 моль Cu2+ или 0,425•64 = 27,2 г.

В растворе останется меди 422,4 - 27,2 = 395,2 г или 395,2/64 = 6,18 моль. На растворение данного количества меди по реакции (2) потребуется 8•6,18/3 = 16,475 моль HNO3. По реакции (3) на растворение 0,85 моль серебра потребуется 4•0,85/3 = 1,13 моль HNO3.

Всего на растворение меди и серебра потребуется 16, 475 + 1,130 = = 17,605 моль или 17,605•63 = 1109,12 г HNO3. В расчете на раствор данной концентрации масса раствора кислоты составит 1109,12•100/32 = 3466,00 г. Объем кислоты равен 3466,00/1,20 = 2888,3 см3.

Задачи Для решения задач данного раздела использовать значения величин 0 из таблицы 11.

534 Какие внешние изменения будут наблюдаться, если в три пробирки с раствором медного купороса внести соответственно небольшие кусочки металлического алюминия, свинца, серебра 535 Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) CuSO4; б) MgSO4; в) Pb(NO3)2; г) AgNO3; д) NiSO4; е) BaCl2 Почему Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

536 При какой концентрации ионов Zn2+ (моль/дм3) потенциал цинкового электрода будет на 0,В меньше его стандартного электродного потенциала 537 При какой концентрации ионов Cr3+ (моль/дм3) значение потенциала хромового электрода становиться равным стандартному потенциалу цинкового электрода 538 Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал -1,23 В. Вычислите концентрацию (моль/дм3) ионов Mn2+.

539 Рассчитайте электродные потенциалы магния в растворе хлорида магния при концентрациях (моль/дм3): а) 0,1; б) 0,01; в) 0,001.

540 При какой концентрации ионов Cu2+ (моль/дм3) значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода 541 Цинковая пластинка массой 10,0 г опущена в раствор сульфата меди(II). После окончания реакции пластинка имела массу 9,9 г. Объясните изменение массы пластинки и определите массу сульфата меди(II), вступившей в реакцию.

542 После того как железную пластинку выдержали в растворе сульфата меди(II), ее масса изменилась на 1,54 г. Определите объем раствора азотной кислоты ( = 1,50 г/см3) с массовой долей 96 %, необходимый для снятия меди с пластинки.

543 Масса железного стержня после выдерживания в растворе нитрата меди(II) увеличилась на 1,г и составила 23,2 г. Рассчитайте массу железного стержня до погружения в раствор нитрата меди, а также массу меди после реакции.

544* Железная пластинка массой 10,0 г опущена в раствор хлорида неизвестного металла. После полного осаждения металла масса железной пластинки составила 10,1 г. Кадмиевая пластинка такой же массы (10,0 г), опущенная в такой же раствор, после осаждения на ней металла имела массу 9,4 г.

Хлорид какого металла содержался в растворе Определите массовую долю (%) хлорида металла, если объем исходного раствора составил 100 см3 ( = 1,10 г/см3).

545 Какая масса технического железа, содержащего 18% примесей, потребуется для вытеснения из раствора сульфата никеля(II) никеля массой 7,42 г.

546 В раствор нитрата серебра опущена медная пластинка массой 28,00 г. По окончании реакции масса пластинки оказалась равной 32,52 г. Определите массу нитрата серебра в растворе.

547 Из каких полуэлементов следует составить гальванический элемент с целью получения максимальной э.д.с.: а) Cu2+/Cu и Pb2+/Pb; б) Cr3+/Cr и Fe2+/Fe; в) Ni2+/Ni и Pb2+/Pb 548 Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с.

медно - кадмиевого гальванического элемента, в котором [Cd2+] = 0,80 моль/дм3, а [Cu2+] = 0,моль/дм3.

549 Какой гальванический элемент называется концентрационным Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, в котором серебряные электроды опущены в 0,01 н и 0,1 н растворы нитрата серебра.

550 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 э.д.с. гальванического элемента, в котором никелевые электроды опущены в 0,002 н и 0,н растворы сульфата никеля.

551 Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с.

гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы солей с концентрацией [Pb2+] = [Mg2+] = 0,01 моль/дм3. Изменится ли э.д.с. этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз 552 Составьте схему, напишите электронные уравнения электронных процессов и вычислите э.д.с.

гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Cd2+] = = [Mg2+] = 1 моль/дм3. Изменится ли значение э.д.с., если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/дм3 553 Составьте схему работы гальванического элемента, образованного железом и свинцом, погруженными в 0,005 М растворы их солей. Рассчитайте э.д.с. этого элемента.

554 Вычислите э.д.с. гальванического элемента, образованного магнием и цинком, погруженными в растворы их солей концентраций 1,8•10-5 и 2,5•10-2 моль/дм3 соответственно и сравните с э.д.с.

гальванического элемента, состоящего из магниевой и цинковых пластин, опущенных в растворы солей с концентрацией [Mg2+] = [Zn2+] = 1 моль/дм3.

555 Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке железоникелевого аккумулятора 556 Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора 557 Гальванический элемент состоит из серебряного электрода, погруженного в 1 М раствор нитрата серебра и стандартного водородного электрода. Напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции, происходящей при работе гальванического элемента.

558 Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом - анодом.

559 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 электродах.

560* Чтобы посеребрить медную пластину массой 10 г, ее опустили в раствор нитрата серебра ( = 20 %) массой 250 г. Когда пластину вынули, оказалось, что масса нитрата серебра в растворе уменьшилась на 20 %. Какой стала масса посеребряной пластинки, и какова концентрация оставшегося раствора нитрата серебра.

561* В раствор, содержащий нитрат меди(II) массой 14,1 г и нитрат ртути(II) массой 14,6 г, погрузили кадмиевую пластинку массой 50 г. Рассчитайте увеличение массы пластины (%) после полного выделения меди и ртути из раствора.

6.4 Электролиз Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.

Электрод, на котором при электролизе происходит восстановление, называется катодом, а электрод, на котором осуществляется процесс окисления, - анодом.

Если система, в которой проводят электролиз, содержит различные окислители, то на катоде будет восстанавливаться наиболее активный из них, т.е. окисленная форма той электрохимической системы, которой отвечает наибольшее значение электродного потенциала. Так, при электролизе кислого водного раствора соли никеля при стандартных концентрациях ионов [H+] = = [Ni2+] = 1 моль/дм3 возможно восстановление как иона никеля:

Ni2+ + 2 e = Ni; 1 = -0,25 B так и иона водорода:

2H+ + 2 e = H2; 2 = 0 В.

Но поскольку 1 < 2, то в этих условиях на катоде будет выделяться водород.

Иным будет катодный процесс при электролизе нейтрального водного раствора соли никеля при [H+] = 10-7 моль/дм3. Здесь потенциал водородного электрода 3 = -0,41 В. В этом случае при концентрации иона никеля (1 моль/дм3) 1 > 3 на катоде будет выделяться и никель.

Как показывает рассмотренный пример, при электролизе водных растворов солей, реакция которых близка к нейтральной, на катоде восстанавливаются те металлы, электродные потенциалы которых значительно положительнее, чем -0,41 В. Если потенциал металла значительно отрицательнее, чем -0,В, то на катоде будет выделяться водород по схеме:

2Н2О + 2 e = Н2 +2ОН-.

При значениях электродного потенциала металла, близких к -0,41 В, возможно, в зависимости от концентрации соли металла и условий электролиза, как восстановление металла, так и выделение водорода (или совместное протекание обоих процессов).

Аналогично при наличии в системе, подвергающейся электролизу, нескольких восстановителей, на аноде будет окисляться наиболее активный из них, т.е. восстановленная форма той электрохимической системы, которая характеризуется наименьшим значением электродного потенциала. Так, при электролизе водного раствора сульфата меди с инертными электродами на аноде может окисляться как сульфат-ион:

2SO2- - 2e = S2O8- 1 = 2,01 B так и вода:

0= 1,23 B.

2H2O - 4e = O2 + 4H+ Поскольку 0<< 1, то в данном случае будет осуществляться второй из возможных процессов, и на аноде будет выделяться кислород.

Однако при замене инертного электрода медным становится возможным протекание еще одного окислительного процесса - анодного растворения меди:

Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 26 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.