Химия ПНИПУ для заочников. Программа и контрольные задания для студентов заочного обучения

• Название: Программа и контрольные задания для студентов заочного обучения
• Анкор: Химия ПНИПУ для заочников.doc
• Дата: 10.05.2017
• Размер: 0.74 Mb.
• Имя файла: Химия ПНИПУ для заочников.doc
• Тип: Программа; #7394
• страница: 9 из 13

223. При какой концентрации ионов Zn²⁺ (моль/л), потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала. Ответ: 0,30 моль/л.

224. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии ее с растворами: a) AgNO₃; б) ZnSO₄; в) NiSО₄? Почему?; Составьте электронные и молекулярные уравнений соответствующих реакций.

225. 
     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.
     
226. 
     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.

225. 
     Никелевый и кобальтовый электроды опущены соответственно в растворы Ni(NО₃)₂ и Co(NO₃)₂. В каком соотношении должна быть концентрация ионов этих металлов, чтобы потенциалы обоих электродов были одинаковыми?
     

Ответ: С_Ni²⁺ : C_Co²⁺  0,117.

225. 
     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.
     
226. 
     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.

225. 
     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 М., а второй,—в 0,1 М растворы AgNO₃.
     

Ответ: 0,058 В.

225. 
     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.

225. 
     Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э. д. с. гальваническою элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией С_Рb²⁺ = С_Мg²⁺ = 0.01 моль/л. Изменится ли э. д.с. этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз?
     

Ответ: 2,244 В.

225. 
     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.
     
226. 
     Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.
     
227. 
     Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э. д. с. гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией С_Mg²⁺ = М_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.

225. 
     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 концентрации надо было бы взять ионы железа (в моль/л), чтобы э. д. с. элемента стала равной нулю, если С_Zn²⁺ = 0,001 моль/л?
     

Ответ: 7,310^-15 моль/л.

225. 
     Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению:
     

Ni + Pb(NO₃)₂ = Ni(NO₃)₂ + Рb

Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите э. д. с. этого элемента, если С_Ni²⁺= 0,01 моль/л, С_Pb²⁺ = 0,0001 моль/л.

Ответ: 0.066 В.

225. 
     Какие химические процессы протекают в электродах при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора?
     

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

240. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке железо- никелевого аккумулятора?
ЭЛЕКТРОЛИЗ
Электролизом называют совокупность химических процессов, которые протекают под действием электрического тока на электродах, погруженных в раствор или расплав электролита. Например, если в расплав хлорида натрия погрузить инертные электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться к электродам:

катионы Na⁺ - к катоду;

анионы Cl^– - к аноду.

На катоде протекает процесс восстановления:

Na⁺ + ē = Na, на аноде процесс окисления:

2Cl^– – 2ē = Cl₂. Суммарная реакция:




2Na⁺ + 2Cl^– 2Na + Cl₂ или

2NaCl 2Na + Cl₂
При электролизе водных растворов в процессах могут участвовать молекулы воды. Тогда на катоде может происходить восстановление ионов металла и водорода.

Рассматривая катодные процессы, протекающие при электролизе водных растворов, нужно учитывать величину потенциала процесса восстановления ионов водорода. Этот потенциал зависит от концентрации ионов водорода [H⁺] и парциального давления водорода P_H₂.



Обычно парциальное давление водорода Р_H₂ поддерживается равным нормальному атмосферному давлению, которое условно принимается за единицу (lg1 = 0). Тогда



Поскольку стандартный потенциал процесса восстановления ионов водорода принимает равный нулю, а lg[H⁺] = –pH, то получим



В нейтральных растворах pH=7 потенциал имеет значение

Поэтому, если катионом электролита является металл, электродный потенциал которого значительно положительнее, чем –0,41В, то из нейтрального раствора такого электролита на катоде будет выделятся металл. Такие металлы находятся в ряду напряжений вблизи водорода, начиная приблизительно с олова. Если катионом электролита является металл имеющий потенциал значительно более отрицательный, чем –0,41В, металл восстанавливаться не будет, а произойдет выделение водорода. К таким металлам относятся металлы начала ряда напряжений, расположенные до титана. Наконец, если потенциал металла близок величине –0,41В (металлы средней части ряда напряжений – Zn, Cr, Fe, Cd, Ni), то в зависимости от концентрации раствора и условий электролиза возможно как восстановление металла, так и выделение водорода; нередко наблюдается совместное выделение металла и водорода.

Электрохимическое выделение водорода из кислых растворов pH которых < 7, происходит вследствие разряда ионов водорода.

2H⁺ + 2ē = H₂.

В случае же нейтральных или щелочных сред оно является результатом электрохимического восстановления воды: 2H₂O + 2ē = H₂ + 2OH^–.

При рассмотрении анодного процесса следует иметь в виду, что материал анода в ходе электролиза может окисляться. В связи с этим различают электролиз с инертным анодом и электролиз с активным анодом. Инертным называется анод, материал которого не претерпевает окисления в ходе электролиза (чаще всего графит, уголь, платина, свинец).

На инертном аноде при электролизе происходит окисление воды с выделением кислорода. В щелочной среде уравнение имеет вид:

4OH^– – 4ē = O₂ + 2H₂O,

а в кислой и нейтральной:

2H₂O – 4ē = O₂ + 4H⁺

Кислородосодержащие анионы (SO²₄^–, NO^–₂, SO₃^2–) или не способны окисляться, или их окисление происходит при очень высоких потенциалах. Например, стандартный потенциал окисления иона SO²₄^– до S₂O₈^2– равен 2,01В, что значительно превышает потенциал окисления воды (1,23 В). При электролизе водных растворов безкислородных кислот и их солей у анода разряжаются анионы.

В случае активного анода число конкурирующих окислительных процессов возрастает до трех: электрохимическое окисление воды, разряд анионов и электрохимическое окисление металла анода (анодное растворение металла). Будет идти тот процесс, потенциал которого меньше. Например, при электролизе NiSO₄ с никелевым анодом происходит процесс окисления металла: Ni – 2ē → Ni²⁺

Пример 1. Сколько граммов меди выделится на катоде при электролизе раствора CuSO₄ в течение 1 ч при силе тока 4 А?

Решение. Согласно законам Фарадея

т = Эit/96500, (1)

где mмасса вещества, окисленного или восстановленного на электроде; Э – грамм-эквивалент вещества; iсила тока; t продолжительность электролиза, с.

Граммэквивалент меди в CuSO₄ равен 63,54/2 = 31,77 г. Подставив в формулу (1) значения Э = 31,77, i = 4A, t = 6060 = 3600 ч, получим

m = (31.7743600)/96500 = 4,74 г.

Пример 2. Вычислить эквивалент металла, зная, что при электролизе раствора хлорида этого металла затрачено 3880 Кл электричества и на катоде выделяется 11,742 г металла.

Решение. Из формулы (1)

Э = 11,74296500/3880 = 29,35,

где m=11,742 г; it = Q=3880 Кл.

Пример 3. Чему равна сила тока при электролизе раствора в течение 1 ч 40 мин 25 с, если на катоде выделилось 1,4 л водорода, измеренного при нормальных условиях?

Решение. Из формулы (1)

i = m96500/Эt

Так как количество водорода дано в объемных едини­цах, то отношение т/Э заменяем отношением V_H2/V_{г-экв Н2}, где V_H2  объем водорода в литрах; V_{г-экв Н2}  объем грамм-эквивалента водорода в литрах. Тогда

i= V_H296500/ V_{г-экв Н2}t.

Объем грамм-эквивалента водорода при н.у. равен половине грамм-молекулярного объема 22,4/2 = 11,2 л. Подставив в приведенную формулу значения V_H2 =1,4, V_{г-экв Н2} = 11,2, t = 6025 (1 ч 40 мин 26 с = 6025 с), находим

i = 1,4  96500/11,2  6025 = 2 А.

Пример 4. Сколько граммов едкого кали образовалось у катода при электролизе раствора K₂SO₄, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода, измеренного при нормальных условиях?

Решение. Объем грамм-эквивалента кислорода (н. у.) 22,4/4 = 5,6 л. Следовательно, 11,2 л составляют 2 г-экв кислорода. Столько же, т, е. 2 г-экв КОН образовалось у катода, или 56,11  2 = 112,22 г (56,11 г  гэкв КОН).

241. Электролиз раствора K₂SО₄ проводили при силе тока 5 А в течение З ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, вычислите объем выделяющихся на электродах веществ.

242. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов AlCl₃, NiSO_4. В обоих случаях анод угольный.

243. При электролизе раствора CuSO₄ на аноде выделилось 168 см³ кислорода, измеренного при н. у. Сколько граммов меди выделилось на катоде? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

244. Сколько граммов воды разложилось при электролизе раствора Na₂SO₄ при силе тока 7 А в течение 5 ч? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

245. Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока 2 А в течение 4 ч. Сколько граммов серебра выделилось на катоде? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

246. 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 эквивалент металла. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

247. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН, расплава КОН.

248. Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода, измеренного при н. у. Вычислите силу тока. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

249. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора А1₂(SO₄)₃ в случае угольного анода; в случае алюминиевого анода.

250. Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах при электролизе раствора NaI в течение 2,5 ч, если сила тока равна 6 А? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

251. При электролизе раствора AgNO₃ масса серебряного анода уменьшилась на 5,4 г. Сколько кулонов электричества израсходовано на этот процесс? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

252. Какие вещества и в каком количестве выделяются на угольных электродах при электролизе раствора КВr в течение 1 ч 35 мин при силе тока 16 А? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

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

254. На электролиз раствора CaCl₂ израсходовано 10722,2 Кл электричества. Вычислите массу выделяющихся на угольных электродах и образующегося возле катода веществ. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

255. Составите электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КС1; расплава КС1.

256. Сколько времени проводят электролиз раствора электролита при силе тока 5 А, если на катоде выделяется 0,1 г-экв вещества? Сколько выделится вещества на аноде?

257. При электролизе растворов MgSO₄ и ZnCl₄ , соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделилось 0,25 г водорода. Сколько граммов вещества выделится на другом катоде; на анодах? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

258. Чему равна сила тока, если при электролизе раствора MgCl₂ в течении 30 мин на катоде выделилось 8,4 л водорода, измеренного при н. у. Вычислите, массу вещества, выделяющегося на аноде. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

259. Сколько граммов Н₂SO₄ образуется возле анода при электролизе раствора Na₂SO₄, если на аноде выделяется 1,12 л кислорода, измеренного при н. у.? Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

260.Вычислите силу тока, зная, что при электролизе раствора КОН в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г кислорода. Какое вещество и в каком количестве выделяется на катоде? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ^*
Коррозия – это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.

При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекает два процесса:

анодный – окисление металла

Ме⁰ – nē = Meⁿ⁺

и катодный – восстановление ионов водорода

2H⁺ + 2ē = H₂

или молекул кислорода, растворенного в воде

O₂ + 2H₂O +4ē = 4OH^–

Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называют деполяризаторами.