Вариант 11. Вариант 11 пз 1. Строение вещества

• Название: Вариант 11 пз 1. Строение вещества
• Дата: 16.01.2023
• Размер: 201.04 Kb.
• Имя файла: Вариант 11.docx
• Тип: Документы; #889271
• страница: 2 из 2

Тема. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ

Задачи	6.1	6.2	6.3	6.4	6.5
11	11	11	11	11	11

6.1. Определить тип окислительно-восстановительной реакции, степень окисления окислителя и восстановителя (табл. 6.3).

Т а б л и ц а 6.3

Вариант	Реакция
11	NH4NO3 = N2O + 2H2O

Рассмотрите ОВР, схема которой:

NH₄NO₃ ⟶ N₂O + 2H₂O

N^-3 - 4ē ⟶ N⁺ |1 восстановитель (окисление)

N⁺⁵ + 4ē ⟶ N^{+ 4} |1 окислитель (восстановление)
NH₄NO₃ является восстановителем, NH₄NO₃ является окислителем (конпропорционирования).
6.2. Используя метод ионно-электронного баланса, подберите коэффициенты в уравнении окислительно-восстановительной реакции. Рассчитайте термодинамическую вероятность процесса, укажите направление реакции (табл. 6.4).

Т а б л и ц а 6.4

Вариант	Реакция
11	H2O2 + PbO2 + CH3COOH → O2 + Pb(CH3COO)2 + H2O

Решение:

2O^-1 O₂⁰ 2 | окислитель восстановление

Pb⁴⁺ Pb²⁺ 1 | восстановитель окисление

Методом полуреакций:

1 H₂O_{2 O2} +2H⁺

1 PbO₂ +4H⁺ Pb²⁺+ 2H₂O

PbO₂ +4H⁺ +2H₂O = H₂O₂+2H⁺ + Pb²⁺+ 2H₂O

H₂O₂+PbO₂ +2CH₃COOH → O₂ + Pb(CH₃COO)₂ + 2H₂О

Рассчитываем Е⁰₂₉₈ и ∆G⁰₂₉₈ данной реакции:

Е ⁰₂₉₈ = φ ⁰_{окислителя} - φ ⁰ _{восстановителя} = (-1,455) –0,682 =- 2,137 В.

∆G ⁰₂₉₈ = - zF Е₂₉₈ = - 2 · 96500 · -2,137 · 10^-3 = +412,4 кДж/моль .

6.3. Рассчитайте электродвижущую силу гальванического элемента по стандартным значениям энергии Гиббса (∆G ⁰₂₉₈ для
реакции. Напишите реакции, происходящие на электродах, составьте схему гальванического элемента (табл. 6.5).

1 H₂O_{2 O2} +2H⁺

1 PbO₂ +4H⁺ Pb²⁺+ 2H₂O

PbO₂ +4H⁺ +2H₂O = H₂O₂+2H⁺ + Pb²⁺+ 2H₂O

H₂O₂+PbO₂ +2CH₃COOH → O₂ + Pb(CH₃COO)₂ + 2H₂О

Рассчитываем Е⁰₂₉₈ и ∆G⁰₂₉₈ данной реакции:

Е ⁰₂₉₈ = φ ⁰_{окислителя} - φ ⁰ _{восстановителя} = (-1,455) –0,682 =- 2,137 В.

∆G ⁰₂₉₈ = - zF Е₂₉₈ = - 2 · 96500 · -2,137 · 10^-3 = +412,4 кДж/моль .

Схема гальванического элемента примет следующий вид

(–) _O2 ,2H⁺ | H₂O₂ || PbO₂ | Pb²⁺, 2H₂O (+).

При наличии внешней цепи на электродах протекают следующие реакции

2	H2O2 O2 +2H+	окисление	восста- новитель	Анод
2	PbO2 +4H+ Pb2++ 2H2O	восста- новление	окисли- тель	Катод

6.4. Составьте схему работы гальванического элемента, образованного двумя данными металлами, погруженными в растворы солей с известными концентрациями ионов, рассчитайте ЭДС этого элемента (табл. 6.6).

Т а б л и ц а 6.6

Вариант	Металлы	Соли	Концентрации
11	Pd, Cd	PdSO4, CdI2	С(Pd2+) = 0,1 M; С(Cd2+) = 0,03 M

Р е ш е н и е

Равновесие для первого электрода Pd | PdSO₄ (0,1 M).

Токообразующая реакция Pd²⁺ + 2 = Pd⁰.

φ = φ + lg = 0,987+ lg0,1 = 0,958 B.

Аналогично, для второго электрода Cd | CdI₂ (0,03 M).

Токообразующая реакция Cd²⁺ + 2 = Cd⁰.

φ = φ + lg = –0,403+ lg 0,03 = –0,448 B.

При составлении гальванического элемента более отрицательным электродом будет система Co | Co²⁺, более положительным – Pd |Pd²⁺. Схема гальванического элемента примет следующий вид

(–) Cd | CdI₂(0,03 M) || PdCl₂(0,1 M) | Pd (+).

При наличии внешней цепи на электродах протекают следующие реакции

3	Cd0 =Cd+2 + 2	окисление	восста- новитель	Анод
2	Pd2+ + 2 = Pd0	восста- новление	окисли- тель	Катод

Реакция в элементе в целом Cd⁰ + Pd²⁺ = Cd²⁺ + Pd⁰.




2

Электродвижущая сила этого элемента может быть рассчитана как по ранее определенным электродным потенциалам, так и непосредственно.

E₂₉₈ = φ – φ = ( 0,958 – (–0,448)) =1,406 B.
6.5. При электролизе раствора данной соли металла током I, А, масса катода возросла на mг. Учитывая, что выход металла по току B_i, %, рассчитайте, какое количество электричества и в течение какого времени пропущено. Составьте схему электролиза c растворимым и нерастворимым анодом (табл. 6.7).

Т а б л и ц а 6.7

Вариант	Формула cоли	I, A	m, г	Bi (Me), %
11	SbF3	0,99	0,77	71

Р е ш е н и е

Составляем схему электролиза с нерастворимым анодом.

Электрохимическая система имеет следующий вид

(- ) Fe | SbF₃, H₂O | Ti (+).

В качестве покрываемого металла выбрано железо; нерастворимого анода – титан.

В растворе присутствуют следующие ионы и молекулы

SbF₃ ←→ Sb²⁺ + 3F⁻ (электролитическая диссоциация);

SbF₃ + 3H₂O = Sb(OH)₃ + 3HF (гидролиз);

Sb³⁺ + 3Н₂О = Sb(ОН)₃↓ + 3Н⁺, рН < 7, среда кислая.

Следовательно, при составлении схемы электролиза надо учитывать

ионы Sb³⁺, F⁻ , Н+, молекулы Sb(OH)₃, H₂O.

Реакции на электродах

А: 2Н₂О = О₂ + 4Н⁺ + 4е ;

К: Sb³⁺ + 3е = Sb⁰

2Н⁺ + 2е = Н₂.

Из-за выделения водорода на катоде совместно с восстановлением ионов Sb(III) выход по току металла меньше 100 %.

Схема электролиза водного раствора SbF₃с нерастворимым анодом:

(–) Катод (+) Анод (нерастворимый)

← Sb³⁺ → H₂O

← H⁺ → F

Sb³⁺ + 3 = Sb⁰

2H⁺ + 2 = H₂ 2H₂O - 4 = O₂ + 4H⁺.
Далее составляем схему электролиза с растворимым анодом. Электрохимическая система:

(-) Fe | SbF₃, H₂O | Sb (+).

Реакции на электродах:

А: Sb⁰ = Sb³⁺ + 3е.

К: Mn³⁺ + 3е = Mn⁰,

2Н⁺ + 2е = Н₂.

Схема электролиза водного раствора SbF₃ c растворимым анодом:

(–) Катод (+) Анод
← Sb³⁺ → H₂O

← H⁺ → F

→ Fe⁰

Sb³⁺ + 3 = Sb⁰ 2F^{- -} -2e=F₂

2H⁺ + 2 = H₂ 2Fe⁰ - 4 = 2Fe²⁺.

Количество электричества по закону Фарадея составит
Q=It=mzF/AB_i=0,77·3·96500/122·0,71=2573,48 Кл

Оно пропущено в течении времени

t=Q/I=2573,48 /0,99·3600=0,72 ч