Химия дз. 1. Строение атома Задание. Составьте структуру электронной оболочки атомов элементовАиБ табл

• Название: 1. Строение атома Задание. Составьте структуру электронной оболочки атомов элементовАиБ табл
• Анкор: Химия дз.docx
• Дата: 08.04.2017
• Размер: 231.67 Kb.
• Имя файла: Химия дз.docx
• Тип: Документы; #4608
• страница: 4 из 11

6 Гальванический элемент

Задание.

1. Составьте схему гальванического элемента. Материалы электродов и концентрации растворов солей указаны в табл. 10.

2. Рассчитайте электродные потенциалы анодного и катодного процессов, вычислите ЭДС гальванического элемента. Значения стандартных электродных потенциалов приведены в ряду напряжений.

3. Напишете уравнения процессов, протекающих на электродах.

Таблица 10

Номер вар.		Электрод 1		Электрод 2
		Материал электрода	Концентрация ионов Men+ в растворе электролита, моль/л	Материал электрода	Концентрация ионов Меn+ в растворе электролита, моль/л.
1		Медь	0.01	Никель	0,1
2		Магний	0,1	Медь	1,0
3		Олово	0,01	Кадмий	0,01
4		Цинк	0,01	Серебро	0,1
5		Хром	0,001	Никель	1,0
6		Марганец	0,01	Свинец	0,1
7		Кобальт	0,01	Железо	0,01
8		Медь	0.1	Свинец	0,01
9		Алюминий	0,001	Серебро	0,1
10		Хром	0,1	Кадмий	0,1
11		Железо	0,1	Марганец	0,01
12		Магний	0,01	Хром	0,01
13		Олово	0,01	Медь	0.1
14		Хром	0.001	Железо	0,1
15		Цинк	1,0	Цинк	0,001
16		Марганец	0.01	Серебро	0.1
17		Алюминии	0,001	Свинец	0,01
18	Магний		1,0	Серебро	0,1
19	Цинк		1,0	Железо	0,01
20	Кобальт		0,01	Кадмий	0,01
21	Серебро		0,1	Олово	0,0001
22	Олово		0,0001	Олово	0,1
23	Кобальт		0,0001	Никель	0,1
24	Хром		0,001	Олово	0,1
25	Кадмий		0,1	Кадмий	0,0001
26	Медь		0,01	Кадмий	0,01
27	Алюминий		0,001	Свинец	0,01
28	Магний		0,0001	Магний	1,0
29	Олово		0,1	Свинец	0,0001
30	Магний		1,0	Никель	0,01

Пример. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются магниевая и цинковая пластинки, погруженные в растворы их солей с концентрациями ионов Mg²⁺ и Zn²⁺, равными 0,01 моль/л. Вычислите ЭДС этого элемента. Напишите уравнения процессов, протекающих на электродах.

Решение. Схема данного гальванического элемента:

(-) Mg/Mg²⁺ //Zn²⁺/Zn (+).

Стандартные электродные потенциалы:



Для определения ЭЛС рассчитаем потенциалы анода и катода с учетом концентраций ионов в растворах согласно уравнению Нернста:







ЭДС = _катода - _анода.



Магниевый электрод является анодом, т.к. имеет меньший потенциал.

Цинковый электрод является катодом. Уравнения процессов, происходящих на электродах:

Анод Mg – 2e = Mg²⁺ окисление.

Катод Zn²⁺ + 2e = Zn восстановление.

3. 
   Электролиз
   

Задание. Составьте схему электролиза раствора (табл. 11). Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на электродах. Катодный процесс подтвердить расчетами. Значения стандартных электродных потенциалов металлов необходимо взять из ряда напряжений.

Таблица 11.

Номер вар.	Раствор			pH	моль/л		Электроды				Катодное перенапр. водорода H2
							Анод		Катод
1	NiCl2			5	0,1		Никель		Железо		0,49
2	CoSO4			4	0,01		Платина		Платина		0,23
3	Mg(NO3)2			7	1,0		Платина		Никель		0,62-
4	NiSO4			5	1,0		Графит		Никель		0,62
5	ZnSO4			6	0,01		Графит		Цинк		1,02
6	CdSO4			5	0,1		Платина		Железо		0,49
7	CuCl2			5	0,1		Медь		Графит		0
8	CaCl2			7	0,01		Платина		Платина		0,23
9	Co(NO3)2			4	0,1		Свинец		Кобальт		0,42
10	MnBr2			6	0,01		Платина		Олово		1,09
11	ZnCl2			5	1,0		Графит		Железо		0,49
12	Pb(NO3)2			4	0,01		Графит		Никель		0,62
13	FeSO4			4	0,1		Платина		Платина		0,23
14	AgNO3			5	0,1		Платина		Кадмий		1,16
15		Sn(NO3)2	5			0,01		Графит		Графит		0
16		CuSO4	5			0,1		Медь		Медь		0,67
17		K.2SO4	7			0,01		Платина		Графит		0
18		Ni(NO3)2	6			0,1		Никель		Никель		0,62
19		MgSO4	7			1,0		Графит		Графит		0
20		SnCl2	4			0,1		Графит		Железо		0,49
21		A12(SO4)3	6			0,001		Платина		Железо		0,49
22		CdCl2	6			0,001		Кадмий		Железо		0
23		MnSO4	5			0,01		Платина		Олово		1,09
24		CоSO4	5			0,1		Свинец		Свинец		0,88
25		MgCl2	7			1,0		Платина		Никель		0,62
26		Co(NO3)2	5			0,01		Кобальт		Кобальт		0,42
27		NaNO3	7			1,0		Медь		Свинец		0,88
28		CaI2	4			0,01		Графит		Графит		0
29		AlCl3	5			0,001		Платина		Графит		0
30		BaBr2	6			0,01		Медь		Медь		0,67

Пример. Составьте схему электролиза раствора Mn(NO₃)₂ (pH раствора 7. C_Mn²⁺= 0,1 моль/л).

Электроды: а) никелевые.

б) катод кадмиевый, анод графитовый,

Решение. Диссоциация Мn(NO₃)₂ происходит по уравнению:

Mn(NO₃)₂  Mn²⁺+2NO₃.

Катодный процесс. При пропускании тока к отрицательному катоду притягиваются частицы Мn²⁺ и диполи Н₂О.Раньше восстанавливаются частицы с более положительным потенциалом разряда ⁱ. Потенциал разряда частиц Мn²⁺ близок к равновесному потенциалу:



Равновесный потенциал металла определим по формуле Нернста:





Равновесный потенциал восстановления водорода зависит от pH раствора и парциального давления водорода.



При pH раствора 7 и парциальном давлении водорода воздуха определим равновесный потенциал восстановления водорода:

Потенциал разряда водорода на катоде меньше равновесного значения на величину перенапряжения



а) на никелевом катоде этот потенциал соответствует





Сравнивая потенциалы разряда металла и водорода, приходим к выводу, что на катоде протекает процесс восстановления водорода:

2H₂O+2e=H₂+2OH.

В результате образования OH групп возможен процесс образования в катодном пространстве Mn(OH)₂;

б) на кадмиевом электроде потенциал разряда водорода соответствует:



В этом случае



Поэтому на катоде восстанавливается металл:

Mn²⁺+2e = Mn.

Анодный процесс. При прохождении тока к положительному аноду притягиваются ионы NO₃ и диполи воды. Раньше окислению подвергаются частицы с более отрицательным потенциалом разряда:

а) никелевый анод растворим, поэтому происходит окисление никеля:

Ni – 2e  Ni²⁺.

В анодном пространстве при этом образуется Ni(NO₃)₂;

б) графитовый анод нерастворим, значит, идет процесс окисления воды:

2H₂O – 4e  O₂+4H⁺.

В этом случае в анодном пространстве образуется HNO₃.

3. 
   Коррозия металлов
   

Задание.

1. Определите термодинамическую возможность коррозии металла А с деполяризацией Б в среде с концентрацией ионов металла, равной В (табл.13), при заданном pH (Т=298 К).

2. Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на анодных и катодных участках.

При определении потенциалов водородного и кислородного электродов примите парциальные давления водорода и кислорода P_H2 = 510^-7 атм., P_O2= 0,21 атм.

Значения стандартных электродных потенциалов металлов приведены в ряду напряжений.

Таблица 13

Номер вар.	А	Б	В	pH
1	Свинец	Кислородная	0,001	7
2	Свинец	Водородная	0,1	0
3	Свинец	Водородная	0,01	7
4	Марганец	Кислородная	0,01	7
5	Алюминий	Водородная	0,001	7
6	Алюминий	Водородная	0,1	0
7	Никель	Кислородная	0,1	14
8	Никель	Кислородная	0,001	7
9	Никель	Водородная	0,1	0
10	Никель	Водородная	0,01	7
11	Железо	Кислородная	0,1	14
12	Железо	Кислородная	0,01	7
13	Железо	Водородная	0,1	0
14	Железо	Водородная	0,01	7
15	Медь	Кислородная	0,001	7
16	Медь	Кислородная	0,01	14
17	Медь	Водородная	0,0001	0
18	Медь	Водородная	0,01	7
19	Олово	Кислородная	0,01	14
20	Олово	Кислородная	0,01	7
21	Олово	Водородная	0,001	0
22	Марганец	Водородная	0,01	7
23	Олово	Водородная	0,1	7
24	Цинк	Кислородная	0,001	7
25	Цинк	Водородная	0,01	0
26	Цинк	Водородная	0,1	7
27	Марганец	Кислородная	0,01	14
28	Марганец	Водородная	0,1	0
29	Цинк	Кислородная	0,1	14
30	Свинец	Кислородная	0,1	14

Пример 1. Определите термодинамическую возможность коррозии хрома с кислородной деполяризацией в щелочном растворе (pH 14) с концентрацией ионов Cr³⁺, равной 0,001 моль/л.

Решение. Коррозия как самопроизвольный процесс протекает, если энергия Гиббса реакции имеет отрицательное значение (G<0).

G = -nFЭДС,

где n – число электронов, участвующих в процессе,

F – постоянная Фарадея (96500 Кл).

Для расчета ЭДС рассчитаем потенциал окислителя () и восстановителя (). Определим потенциал кислородного электрода при 298 К согласно уравнению:

=1,23+0,0147lgP₀₂ – 0.059 pH=1.23+0.0147lg 0,21-0,05914=0,391 В.

Рассчитаем потенциал металла в указанной среде:

=

ЭДС=-=0,.391-(-0,799) =1.19 B.

ЭДС>0, следовательно, G<0. Коррозия возможна и описывается следующими уравнениями процессов, протекающих на анодных и катодных участках:

Анод Cr – 3e = Cr³⁺.

Катод O₂+2H₂O+4e = 4OH^-.

Пример 2. Определите термодинамическую возможность коррозии кадмия с водородной деполяризацией в кислом растворе (pH = 0) с концентрацией ионов Cd²⁺, равной 0,01 моль/л.

Решение. Для определения возможности процесса коррозии рассчитаем потенциалы окислителя и восстановителя. Потенциал водородного электрода при 298 К описывается уравнением:



Учитывая, что =510^-7 атм., рассчитаем потенциал окислителя:

=-0,0590-0,0295lg510^-7=0,186 В.

Рассчитаем потенциал восстановителя:

ЭДС = -=0,186-(-0,459)=0,645 В.

ЭДС>0, следовательно, G<0.

Коррозия возможна и выражается следующими уравнениями процессов на анодном и катодном участках:

Анод Cd - 2e = Cd²⁺

Катод 2H⁺+2e = H₂.

Справочные данные