Методичка+д\з по химии. Учебнометодическое пособие для практических занятий и самостоятельной работы студентов инженернотехнических направлений подготовки бакалавров всех форм обучения

• Название: Учебнометодическое пособие для практических занятий и самостоятельной работы студентов инженернотехнических направлений подготовки бакалавров всех форм обучения
• Анкор: Методичка+д\з по химии.doc
• Дата: 05.11.2017
• Размер: 3.51 Mb.
• Имя файла: Методичка+д\з по химии.doc
• Тип: Учебно-методическое пособие; #10123
• страница: 30 из 41

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Какое строение имеет кристаллическая решетка металлов. Уметь привести ее схематическое изображение.

1.2. Какие процессы происходят на поверхности металла, находящегося в контакте с водным раствором электролита, и какова в них роль воды. Уметь изобразить схему этих процессов с участием диполей воды и привести схему проходящей при этом поверхностной реакции.

1.3. Каковы сущность и названия обратимых процессов, происходящих на границе металла с раствором электролита (выход катионов металла в раствор и их возврат).

1.4. Что представляет собой электрод как разновидность химической системы, из каких частей он состоит.

1.5. Что является причиной возникновения двойного электрического слоя и поверхностного электродного потенциала в системе металл – раствор электролита.

1.6. Каким образом и в каких условиях экспериментально определяются значения стандартных поверхностных электродных потенциалов в системе Met/Metⁿ⁺, как называется ряд этих потенциалов; в какой последовательности расположены металлы в этом ряду.

1.7. Какое математическое выражение имеет формула Нернста для расчетов значений (при 298 К) электродных окислительно-восстановительных потенциалов различных веществ в ОВР и, в частности, с участием металлов.

1.8. Как рассчитывается значение электродного потенциала в системе Met / Metⁿ⁺ при 298 К и концентрации катионов металла, не равной 1 моль/кг воды.

1.9. Какие свойства металла и характеристики его атомов и катионов влияют на величину электродного потенциала в системе Met / Metⁿ⁺ и каким образом.

1.10. Что представляют собой электрохимические системы и процессы.

1.11. Что представляют собой гальванические элементы по устройству и характеру процессов, проходящих в них. Уметь отразить это полной и сокращенной схемами гальванического элемента.

1.12. Из каких электродов состоит гальванический элемент; как эти электроды различаются по значению электродных потенциалов и по процессам, в них происходящих.

1.13. Какие химические реакции проходят на границах раздела фаз в аноде и катоде. Уметь написать уравнения таких реакций и суммарное уравнение реакции, приводящей к возникновению электрического тока.

1.14. Что отражает и как математически выражается электродвижущая сила гальванического элемента.

1.15. Почему уменьшается Э.Д.С. гальванического элемента в процессе его эксплуатации; что представляет собой явление поляризации.

1.16. В чем заключается различие между гальваническими элементами разных типов (Якоби-Даниэля, Вольта, концентрационных).

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

Дан металл, который погружен в раствор электролита (варианты систем приведены в таблице 3.44). Применительно к своему варианту выполните следующие задания и ответьте на вопросы:

2.1. Для данного металла приведите схему фрагмента его металлической решетки. Объясните, как образуется металлическая связь.

2.2. Приведите схему возникновения двойного электрического слоя на границе раздела этого металла и данного электролита. Объясните, в чем заключается роль воды в этом процессе и отразите это схематически; привыедитехимическое уравнение поверхностной реакции, проходящей с участием воды.
Таблица 3.44

Вари-ант	Металл	Электролит, в который погружен металл	Вари- ант	Металл	Электролит, в который погружен металл
1	Mg	в растворе NaOH	19	Ag	в воде
2	Al	в воде	20	Cu	в растворе HCl
3	Mn	в растворе NaCl	21	Mg	в растворе MgSO4
4	Zn	в растворе ZnCl2	22	Ag	в растворе KOH
5	Cr	в воде	23	Pb	в воде
6	Fe	в растворе FeSO4	24	Sn	в растворе SnSO4
7	Cd	в растворе CdCl2	25	Ni	в растворе KOH
8	Co	в воде	26	Co	в растворе Co(NO3)2
9	Ni	в растворе NiCl2	27	Cd	в воде
10	Sn	в воде	28	Fe	в растворе FeCl3
11	Pb	в растворе Pb(NO3)2	29	Cr	в растворе CrCl3
12	Cu	в воде	30	Zn	в воде
13	Ag	в растворе разб. H2SO4	31	Mn	в растворе Mn(NO3)2
14	Cu	в растворе CuSO4	32	Al	в растворе AlCl3
15	Ag	в растворе AgNO3	33	Cu	в растворе NaOH
16	Ti	в растворе TiCl4	34	Fe	в растворе CaCl2

Продолжение таблицы 3.44

Вари-ант	Металл	Среда, в которую погружен металл	Вари- ант	Металл	Среда, в которую погружен металл
17	Fe	в воде	35	Cr	в растворе Na2SO4
18	Cr	в растворе KCl	36	Zn	в воде

2.3. Какова сущность двух конкурирующих процессов (электролитической упругости растворения и ионного осмоса), проходящих на границе "металл – электролит" (на примере схемы, приведенной в п. 2.2).

2.4. Объясните, как возникают двойной электрический слой и электродный потенциал на границе "металл – электролит"; чем определяется знак (положительный или отрицательный) электродного потенциала. Ответ дайте на примере схемы в п. 2.2.

2.5. Что представляют собой относительные стандартные электродные потенциалы металлов в системе Met / Metⁿ⁺ и как они определяются экспериментально. Приведите значение электродного потенциала для данного Вам металла.

2.6. Какое математическое выражение имеет уравнение Нернста для определения электродных потенциалов металлов при 298 К и любой концентрации электролита; расшифруйте входящие в него величины.

2.7. Для данного Вам металла подберите второй металл и составьте полную и краткую схемы гальванического элемента, в состав электродов которого входят эти два металла в растворах соответствующих собственных солей (по типу гальванического элемента Якоби-Даниэля).

2.8. Укажите в составленном гальваническом элементе анод и катод, обоснуйте свой ответ. Приведите уравнения и названия процессов, проходящих на этих электродах, а также уравнение суммарной реакции, приводящей к возникновению электрического тока в составленном гальваническом элементе.

2.9. Напишите математическое выражение для расчета ЭДС гальванических элементов при стандартных условиях, укажите названия входящих в него величин; рассчитайте значение ЭДС для гальванического элемента, составленного Вами по п. 2.7, при стандартных условиях.

2.10. На основании уравнения Нернста укажите, уменьшится или возрастет значение ЭДС гальванического элемента по типу Якоби-Даниэля, рассчитанное Вами в п. 2.9, при концентрации собственной соли в прианодном пространстве, равной 2 моль/кг воды. Обоснуйте свой ответ.

Комплексное тестовое задание 10 по теме "Электродные потенциалы и гальванические элементы"

Правильные ответы по п. А приведены в конце пособия в таблице 4.2.

Вопрос 1. Даны металлы (табл. 3.45), погруженные в воду, или в водный раствор электролита, или в растворитель – неэлектролит (спирт, бензин, керосин, бензол, толуол, эфир, хлороформ).

А. Выберите правильный ответ (1, 2 или 3), указывающий, какой заряд возникает или не возникает вообще на поверхности данного в Вашем варианте металла, погруженного в указанный раствор или растворитель.

Б. Ответ по п. А обоснуйте. В случае возникновения поверхностного заряда изобразите схему процесса и уравнение реакции, проходящих под влиянием растворителя на границе раздела фаз в системе "металл – жидкость".

Дайте название обратимым процессам, проходящим на границе раздела фаз, и укажите, какой из них преобладает в данном случае и почему.
Таблица 3.45 – Тестовое задание 22 (Т-22)

Ва- ри- ант	Ме-талл	Раствор или раство- ритель	Поверхностный заряд металла (набор ответов)			Ва-ри- ант	Ме- талл	Раствор или раство- ритель	Поверхностный заряд металла (набор ответов)
			1	2	3				1	2	3
1	Al	р-р AlCl3	0	+	–	19	Ag	вода	0	+	–
2	Zn	бензол	+	0	–	20	Co	хлороформ	+	–	0
3	Mg	р-р MgSO4	–	0	+	21	Mn	р-р NaCl	–	0	+
4	Cd	вода	–	+	0	22	Cu	вода	+	0	–
5	Cu	р-р NaOH	0	–	+	23	Ag	р-р разб. H2SO4	0	+	–
6	Cr	р-р Na2SO4	0	–	+	24	Cu	р-р CuSO4	–	+	0
7	Mn	р-р Mn(NO3)2	+	0	–	25	Ag	р-р AgNO3	+	–	0
8	Ag	бензин	+	–	0	26	Fe	вода	0	–	+
9	Cr	р-р CrCl3	–	+	0	27	Zn	р-р ZnCl2	–	0	+
10	Fe	керосин	–	0	+	28	Sn	вода	–	+	0
11	Zn	вода	0	+	–	29	Ni	р-р NiCl2	0	–	+
12	Cu	р-р HCl	+	0	–	30	Pb	толуол	0	+	–
13	Pb	вода	0	+	–	31	Cd	р-р CdCl2	+	0	–
14	Sn	р-р SnSO4	–	+	0	32	Mg	р-р NaOH	0	–	+
15	Ni	р-р KOH	–	0	+	33	Co	р-р Co(NO3)2	+	–	0
16	Cr	р-р KCl	+	0	–	34	Al	спирт	–	0	+
17	Fe	р-р CaCl2	+	–	0	35	Fe	р-р FeSO4	–	+	0
18	Ti	эфир	0	–	+	36	Cr	вода	0	+	–

Условные обозначения: "р-р" – раствор; "+" -положительный заряд; "–" -отри-цательный заряд; "0" – заряд не возникает.

Вопрос 2. В каждом варианте даны три металла с разной электрохимической активностью (табл. 3.46), погруженные в растворы собственных солей.

А. Из данных металлов выберите два металла (1 и 2, или 1 и 3, или 2 и 3) для создания анода и катода в составе гальванического элемента с наибольшим значением ЭДС.

Б. Обоснуйте свой ответ, исходя из строения атомов и ряда напряжений металлов; запишите общее математическое выражение ЭДС рассматриваемого Вами гальванического элемента. Изобразите упрощенную схему этого гальванического элемента, указав анод и катод, уравнения и названия химических реакций на аноде, на катоде и суммарной реакции, приводящей в возникновению электрического тока.
Таблица 3.46 – Тестовое задание 23 (Т-23)

Ва- ри- ант	Металлы в составе электродов (набор ответов)			Ва- ри- ант	Металлы в составе электродов (набор ответов)
	1	2	3		1	2	3
1	Mg	Sn	Pt	19	Mn	Sn	Pb
2	Cu	Fe	Al	20	Sn	Cr	Pb
3	Zn	Sb	Mg	21	Fe	Mg	Pd, H2
4	Cr	Fe	Pb	22	Cr	Al	Pd, H2
5	Mn	Ag	Sn	23	Os	Co	Pb
6	Ni	Cu	Au	24	Be	Sn	Fe
7	Cd	Al	Pb	25	Ni	Fe	Cu
8	Ag	Zn	Cu	26	Al	Cd	Pt
9	Co	Mn	Sb	27	Pb	Co	Bi
10	Pd	Pb	Cd	28	Zn	Al	Pb
11	Zn	Ag	Pb	29	Sc	Fe	Sb
12	Cr	Mg	Cu	30	Be	Mn	Ag
13	Sn	Co	Pt, H2	31	Mg	Cd	Pb
14	Ni	Al	Sn	32	Ag	Zn	Sn
15	Zn	Pb	Au	33	Mg	Ni	Pb
16	Au	Ga	Sn	34	Pt, H2	Au	Sn
17	V	Cu	Pd	35	Pb	Cu	Pt
18	Ag	Mo	Au	36	Bi	Mn	Au

Задание 15. Реакции окисления металлов (по разделам стандартов: окислительно-восстановительные свойства и реакции веществ, химический анализ, химия элементов (металлов))

Рекомендуемая литература: [1], гл. 11, § 11.3.2; [2], гл. 11, § 11.5-11.9; [3], гл. 11, § 7-10; лекции.