Методические указания и контрольные задания красноярск 2009 удк 546/(076. 1) icon

Методические указания и контрольные задания красноярск 2009 удк 546/(076. 1)


4 чел. помогло.
Смотрите также:
Методические указания и контрольные задания по английскому языку орёл 2009...
Рабочая программа...
Методические указания...
Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения Специальность...
Экзамен 8 семестры Диф зачет (курсовой проект) 9 семестр удк 66...
Методические указания и контрольные задания для студентов 5 курса заочного отделения...
Методические указания к изучению курса и контрольные задания (для студентов строительных...
Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения и экстерната...
Методические указания и контрольные задания по курсу антенны и устройства свч для студентов...
Методические указания Задания предназначены для студентов 2-го и 3-го курсов заочного отделения...
Программа, контрольные задания и методические указания к изучению учебной дисциплины...
Рабочая программа методические указания к изучению курса задания на контрольные работы...



Загрузка...
страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
вернуться в начало
скачать

Пример 1.

Увеличивается, уменьшается или остается без изменения масса никелевой пластинки, опущенной в растворы


Pb(NO3)2; ZnSO4; AgNO3; FeSO4; Al2(SO4)3; CuSO4?


Составьте молекулярные и электронные уравнения соответствующих реакций.

Решение.

Чтобы ответить на вопрос, поставленный в условии задачи, необходимо знать значение стандартного электродного потенциала металла.

Стандартным (нормальным) электродным потенциалом металла называется скачок потенциала, возникающий на границе раздела фаз металлраствор его соли с активной концентрацией ионов I моль-ион/л. Измеряется он по отношению к нормальному водородному электроду, величина потенциала которого условно принята равной нулю. Если расположить металлы в ряд по мере возрастания значений потенциалов, получится ряд напряжений металлов (ряд стандартных электродных потенциалов). Каждый металл вытесняет из растворов солей все металлы, стоящие за ним в ряду напряжений, т. е. менее активные.

Итак, никель (E0Ni2+/Ni = –0,23 В) будет вытеснять из растворов солей ионы свинца Pb2+(E0Pb2+/Pb = 0,13 В), меди Cu2+(E0Cu2+/Cu = 0,34 В) и серебра
Ag+(E0Ag+/Ag = 0,80 В). Запишем уравнения реакций:


Ni + Pb(NO3)2 = Pb + Ni(NO3)2,


Ni0 – 2 = Ni2+,

Pb2+ + 2 = Pb;


Ni + CuSO4 = Cu + NiSO4,


Ni0 – 2 = Ni2+,

Cu2+ + 2 = Cu;


Ni + 2AgNO3 = 2Ag + Ni(NO3)2,


Ni0 – 2 = Ni2+,

2Ag+ + 2 = 2Ag.


Никелевая пластинка при этом частично растворяется, а восстановленный металл оседает на ее поверхности. Атомная масса никеля (58,7 а. е. м.) меньше атомных масс свинца (207,2 а. е. м.), меди (63,5 а. е. м.) и серебра (107,8 а. е. м.), поэтому масса никелевой пластинки увеличится.

В растворах солей железа, цинка и алюминия масса никелевой пластинки не изменится, так как никель не может вытеснить эти металлы из растворов их солей и реакция не пойдет.


Пример 2.

Вычислите величину электродного потенциала кобальта в 0,001-молярном растворе его соли.

Решение.

Значение электродного потенциала металла зависит от многих факторов – природы металла, температуры, концентрации соли и т. д. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:


[Mn+  mH2O],


где EMn+/ M – определяемый электродный потенциал металла; E0Mn+/M – стандартный электродный потенциал металла; n  заряд иона металла в соли; [Mn+  mH2O] – активная концентрация ионов металла в растворе.

Рассчитаем значение электродного потенциала кобальта в 0,001-молярном растворе его соли. Значения стандартных электродных потенциалов металлов приведены в таблице приложения:


ECo2+/ Co = E0Co2+/ Co + lg [Co2+  mH2O],

ECo2+/ Co = – 0,27 + lg 0,001,


ECo2+/ Co = – 0,27 + (–3),


ECo2+/ Co = – 0,27  0,088,


ECo2+/ Co = – 0,358 В.


Пример 3.

Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых кадмий будет анодом, в другом – катодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на электродах, и посчитайте электродвижущую силу (эдс) элементов.

Решение.

Устройства, используемые для преобразования энергии химической реакции в электрическую энергию, называются гальваническими элементами. Элемент работает за счет окислительно-восстановительной реакции. Электрод, на котором идет восстановление, называется катодом. Электрод, на котором идет окисление, называется анодом. Если анод и катод изготовлены из разных металлов, то на электроде из более активного металла (с меньшим значением электродного потенциала) идет процесс окисления. Менее активный металл будет катодом и на нем протекает процесс восстановления.

Электродвижущая сила гальванического элемента равна разности значений равновесных электродных потенциалов катода и анода: ЭДС = EК  EА.

Чтобы в гальваническом элементе кадмий был катодом (E0Cd = – 0,40 В), в качестве анода нужно подобрать электрод из более активного металла, например, марганца (E0Mn = – 1,18 В).

Схема гальванического элемента:


Mn0  Mn2+  Cd2+  Cd0.


Напишем реакций, протекающие на электродах:


на аноде () Mn0 – 2 = Mn2+ – окисление,

на катоде (+) Cd2+ + 2 = Cd0 – восстановление,


Mn0 + Cd2+ = Mn2+ + Cd0.


Рассчитаем ЭДС элемента по формуле


ЭДС = EК  EА = ECd  EMn = – 0,40  (– 1,18) = 0,78 В.


Если в пару с кадмием в качестве другого электрода взять менее активный металл, например, свинец (E0Pb = – 0,13 В), то кадмий будет играть роль анода.

Схема гальванического элемента:


Cd0  Cd2+  Pb2+  Pb0.


Уравнения реакций протекающих на электродах:

на аноде () Cd0 – 2 = Cd2+ – окисление,

на катоде (+) Pb2+ + 2 = Pb0 – восстановление.

Рассчитаем ЭДС элемента по формуле


ЭДС = EК  EА = EPb  ECd =  0,13  ( 0,40) = 0,27 В.


Пример 4.

Рассчитать ЭДС концентрационного гальванического элемента, в котором один медный электрод находится в 0,0001-молярном растворе соли меди, другой такой же электрод в 0,01-молярном растворе соли.

Решение.

Если медные электроды опущены в раствор сульфата меди разной концентрации, то, поскольку значение электродного потенциала металла зависит от концентрации раствора соли, возникает разность потенциалов и появляется электродвижущая сила. Такой гальванический элемент работает за счет выравнивания концентрации соли и называется концентрационным.

Чтобы рассчитать ЭДС элемента, найдем значения электродных потенциалов меди в растворах разной концентрации:

ECu = E0Cu + lg [Cu2+  mH2O],


E1Cu = 0,34 + lg 0,0001 = 0,34  0,118 = 0,222 В,

E2Cu = 0,34 + lg 0,01 = 0,34  0,059 = 0,281 В,


E1Cu < E2Cu.


Медный электрод в 0,0001-молярном растворе соли будет анодом и на нем идет процесс окисления, а в 0,01-молярном растворе – катодом, на нем идет процесс восстановления:


на аноде () Cu0 – 2 = Cu2+ – окисление,

на катоде (+) Cu2+ + 2 = Cu0 – восстановление.


ЭДС = EК  EА = E2Cu  E1Cu = 0,281  0,222 = 0,059 В.


Задания


241. 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.

242. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами a) CuSO4; б) MgSO4 в) Pb(NO3)2. Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

243. 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.

244. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии её с растворами: a) AgNО3; б) ZnSO4; в) NiSO4. Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

245. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал –1,23 В. Вычислите концентрацию ионов Мn2+ в моль/л. Ответ: 1,8910–2 моль/л.

246. Потенциал серебряного электрода в растворе AgNO3 составил 95 % от величины его стандартного электродного потенциала. Чему равна концентрация ионов Ag+ в моль/л. Ответ: 0,20 моль/л.

247. Никелевый и кобальтовый электроды опущены соответственно в растворы Ni(NO3)2 и Со(NO3)2. В каком соотношении должна быть концентрация ионов этих металлов, чтобы потенциалы обоих электродов были одинаковыми?
Ответ: [Ni2+] : [Co2+]  0,117.

248. 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.

249. При какой концентрации ионов Сu2+ в моль/л значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного элемента? Ответ: 1,8910–12 моль/л.

250. Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных первый в 0,01 н., а второй – в 0,1н. растворы AgNO3. Ответ: 0,058 В.

251. 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 один никелевый электрод находится в 0,001 М растворе, а другой такой же электрод – в 0,01 М растворе сульфата никеля. Ответ: 0,029 В.

252. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей. Напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемент при концентрации ионов [Pb2+] = [Mg2+] = 0,0l моль/л в растворе. Изменится ли э.д.с. этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ: 2,244 В.

253. 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.

254. 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.

255. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей. Напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента если концентрация ионов в растворе [Мg2+] = [Cd2+] = 1 моль/л. Изменится ли величина э.д.с., если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л. Ответ: 1,967 В.

256. 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 должна быть концентрация ионов железа (в моль/л), чтобы э.д.с. элемента стала равной нулю, при концентрации ионов [Zn2+] = 0,001 моль/л? Ответ: 7,310–15 моль/л.

257. 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 э.д.с. элемента, если [Ni2+] = 0,01 моль/л, [Pb2+] = 0,0001моль/л. Ответ: 0.066 В.

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

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

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


Электролиз


Пример 1.

Составьте электронные уравнения процессов, протекающих на электродах при электролизе раствора и расплава хлорида магния.

Решение.

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании электрического тока через раствор или расплав электролита. Процесс электролиза показывают в виде схемы, которая учитывает диссоциацию электролита, окисление на аноде, восстановление на катоде и образующиеся продукты.

Напишем схему электролиза расплава хлорида магния:


MgCl2  Mg2+ + 2Cl,


катод (); Mg2+; Mg2+ + 2 = Mg0 – восстановление,

анод (+); 2Cl; 2Cl  2 = Cl – окисление.


При электролизе водных растворов солей нужно учитывать и электролиз молекул воды. Так, на катоде можно ожидать восстановление не только катионов металла, но и ионов водорода по схеме:


1. Mn+ + n = M0. (1)


2. 2H+ + 2 = 2H0; 2H0  H.

(2Н2О + 2 = Н + 2ОН) (2)


Из этих конкурирующих процессов протекает тот, который выгоднее энергетически и для которого больше алгебраическое значение потенциала. Величина потенциала восстановления ионов водорода в нейтральном растворе равна
(– 0,41 В). Металлы, стоящие в ряду напряжений за водородом, восстанавливаются прежде, чем водород. Если значение потенциала металла намного меньше, чем (– 0,41 В), на катоде восстанавливается водород. Это – металлы, стоящие в начале ряда напряжений до алюминия включительно. Они из водных растворов не восстанавливаются. Если потенциал металла близок к (– 0,41 В), то возможно одновременное протекание (1) и (2) процессов (по ряду напряжений  это металлы от алюминия до водорода).

На аноде, если имеется несколько конкурирующих процессов, окисление протекает в последовательности:

Анионы бескислородных кислот (кроме F), например,


An–  n = А0.


2. Электрохимическое окисление воды по схеме


2H2O  4 = O2 + 4H+.


3. При очень высоких потенциалах разложения и из расплавов возможно окисление остатков кислородсодержащих кислот, например,


4NO  4 =2N2O5 + O2; 2SO  2 = 2SO3 + O2.


Напишем схему электролиза раствора хлорида магния:


MgCl2  Mg2+ + 2Cl,

H2O  H+ + OH.


катод (); Mg2+; H+; 2H+ + 2 = H2 – восстановление,

анод (+); OH; Cl; 2Cl  2 = 2Cl0  Cl – окисление,

в растворе  Mg2+ + 2OH = Mg(OH)2.


Пример 2.

Составьте электродные уравнения процессов, протекающих на электродах при электролизе раствора сульфата никеля в случае никелевого анода.

Решение.

Материалом для анода могут служить как металлы, так и любые токопроводящие материалы, например, графит или уголь.

При электролизе сульфата никеля с никелевым анодом он будет активным (растворимым). Металл анода окисляется, в отличие от угольного электрода, который является инертным и служит только как проводник электронов. Процесс с растворимым анодом нашел широкое применение в технике.

Напишем схему электролиза сульфата никеля с никелевым анодом:


NiSO4  Ni2+ + SO

H2O  H+ + OH


катод (); Ni2+; H+; Ni2+ + 2 = Ni0;

анод (+); Ni0; OH; SO; Ni0  2 = Ni2+.


Пример 3.

В одном сосуде имеется раствор, содержащий ионы меди, в другом  раствор, содержащий ионы висмута. Через оба раствора пропущено одинаковое количество электричества. Сколько выделилось висмута, если масса выделившейся меди равна двум граммам?

Решение.

По второму закону электролиза Фарадея: “Массы выделившихся на электродах веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов ”:


= .


Молярная масса эквивалента металла равна частному от деления атомной массы металла на его валентность:


МЭКВ. (Cu) = = = 31,8 г/моль.

МЭКВ.(Bi) = = = 69,6 г/моль.

=  mBi == = 4,4 г.


Задания


261. Электролиз раствора K2SO4 проводили при силе тока 5 А в течение 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, вычислите объем выделяющихся на электродах веществ.

262. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов AlCl3, NiSО4. В обоих случаях анод угольный.

263. При электролизе раствора CuSO4 на аноде выделилось 168 см3 кислорода (н.у.). Сколько граммов меди выделилось на катоде?

264. Сколько граммов воды разложилось при электролизе раствора Nа2SO4 при силе тока 7 А в течение 5 ч?

265. Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока 2 А в течение 4 ч. Сколько граммов серебра выделилось на катоде?

266. Электролиз раствора сульфата некоторого металла проводили при силе тока 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделилось 5,49 г металла. Вычислите эквивалентную массу металла.

267. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора KOH, расплава KOH.

268. Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода (н. у.). Вычислите силу тока.

269. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора Al2(SО4)3 в случае угольного анода; в случае алюминиевого анода.

270. Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах при электролизе раствора NaJ в течение 2,5 ч, если сила тока равна 6 А?

271. При электролизе раствора AgNO3 масса серебряного анода уменьшилась на 5,4 г. Сколько кулонов электричества израсходовано на этот процесс?

272. Какие вещества и в каком количестве выделяются на угольных электродах при электролизе раствора KВr в течение 1 ч 35 мин при силе тока 15 А?

273. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при электролизе CuCl2, если анод медный, если анод угольный?

274. На электролиз раствора CaCl2 израсходовано 10722,2 Кл электричества. Вычислите массу выделившихся на угольных электродах и образующихся в катодном пространстве веществ.

275. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КСl; расплава КСl.

276. Сколько времени проводят электролиз раствора электролита при силе тока 5 А, если на катоде выделяется 0,1 эквивалент вещества? Сколько вещества выделится на аноде?

277. При электролизе растворов MgSO4 и ZnCl2 соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделилось 0,25 г водорода. Сколько граммов вещества выделится на другом катоде; на анодах?

278. Чему равна сила тока, если при электролизе раствора MgCl2 в течение 30 мин на катоде выделилось 8,4 л водорода (н.у.). Вычислите массу вещества, выделяющегося на аноде.

279. Сколько граммов H24 образуется в анодном пространстве при электролизе раствора Na2SO4, если на аноде выделяется 1,12 л кислорода, измеренного при н.у.? Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде.

280. Вычислите силу тока, зная, что при электролизе раствора KOH в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г кислорода. Какое вещество и в каком количестве выделяется на катоде?


^ Коррозия металлов





оставить комментарий
страница6/13
Дата27.09.2011
Размер1.9 Mb.
ТипМетодические указания, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
плохо
  2
не очень плохо
  1
средне
  2
хорошо
  2
отлично
  9
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх