химический каталог




Сборник задач и упражнений по химии

Автор Лебедева М.И., Анкудимова И.А.

иал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс Mg0 - 2e — Mg2+ . Цинк, потенциал которого -0,76 В - катод, т.е. электрод на котором протекает восстановительный процесс Zn2+ + 2e — Zn°. Уравнение окислительно-восстановительной реакции, которая лежит в основе работы данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения

анодного и катодного процессов Mg + Zn2+ = Mg2+ + Zn . Для определения

э. д. с. гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 г-ион/дм3, то э. д. с. элемента равна разности стандартных электродных потенциалов двух его электродов.

Поэтому э.д.с. = ^2+ЙП-фMg2+/Mg =-0'76 - (- 2'37) = 1,61 B.

П р и м е р 119 Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погруженного в 0,02 М раствор нитрата свинца. Вычислите э.д.с. элемента, напишите уравнения электродных процессов, составьте схему элемента.

Решение Чтобы определить э.д.с. элемента, необходимо вычислить электродные потенциалы. Для этого находим значения стандартных электродных потенциалов систем Zn2+/Zn (-0,76 В) и Pb2+/Pb (-0,13 В), а затем рассчитываем значения ф по уравнению Нернста:

:ф° + (0,059/n)1gc, (6.3.2)

где фо - стандартный электродный потенциал; n - число электронов, принимающих участие в процессе; с - концентрация (при точных вычислениях - активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/дм3, т. е.:

ф 2+ =-0,76 + 0,0591g0,1 = -0,76 + 0,030 (-1)=-0,79B;

YZn2+/Zn 2

ф 2+ =-0,13 + 005991g0,02 = -0,13 + 0,030 (-1,7) =-0,18 B. ходим э.д.с. (Е) элемента:

E = ф 2+ -ф 2+ =-0,18-(0,79)= 0,61B.

Поскольку /Pb >ФZN2+ /Zn , то на свинцовом электроде будет происходить восстановление, т.е. он будет служить катодом:

Pb2+ + 2 е = Pb. На цинковом электроде будет протекать процесс окисления

Zn - 2 е = Zn2+

т. е. этот электрод будет анодом. Схема гальванического элемента имеет следующий вид:

(-) Zn| Zn2+|| Pb2+| Pb (+) (0,1 М) (0,02 М).

П р и м е р 120 Определите э.д.с. гальванического элемента AgUgNO3 (0,001M )|| AgNO3 (0,1M )| Ag. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента?

Решение Стандартный электродный потенциал системы Ag+/Ag равен 0,80 В. Обозначив потенциал левого электрода через ф1, а правого - через ф2, находим:

ф1 = 0,80 + 0,0591g0,001 = 0,80 + 0,059(- 3) = 0,62 B ф2 = 0,80 + 0,0591g0,1 = 0,80 - 0,059(-1) = 0,74 B . Вычисляем э.д.с. элемента:

э.д.с. = ф2 - ф1 = 0,74 -0,62 = 0,12 В.

Поскольку ф1 < ф2, то левый электрод будет служить отрицательным полюсом элемента и электроны перемещаются во внешней цепи от левого электрода к правому.

П р и м е р 121 Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта. Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 моль/дм3, а потенциалы кобальта - в растворе с концентрацией 0,1 моль/дм3?

Решение Стандартные электродные потенциалы для никеля и кобальта соответственно равны -0,25 и -0,27 В. Определим электродные потенциалы этих металлов при данных в условии концентрациях по уравнению Нернста:

ф^2+ =-0,25 + (0,059/2)1g10-3 =-0,339 B;

ф =-0,277 + (0,059/2)1g10-1 =-0,307 B.

Таким образом, при изменившейся концентрации потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.

П р и м е р 122 Магниевую пластинку опустили в раствор его соли. При этом электродный потенциал магния оказался равным -2,41 В. Вычислите концентрацию ионов магния (моль/дм3).

Решение Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (см. пример 6.3.2):

-2,41 = -2,37 + (0,059/2) - 1gc, -0,04 = 0,0295 - 1gc, 1gc = -0,04/0,0295 = -1,3559 = 2,6441, с (Mg2+) = 4,4-10-2 моль/дм3.

П р и м е р 123 После погружения железной пластинки массой 8 г в раствор нитрата свинца(П) объемом 50 см3 (р = 1,23 г/см3) с массовой долей 15 % масса соли уменьшилась втрое. Какой стала масса пластинки?

Решение

Fe + Pb(NO3)2 = Pb + Fe(NO3)2 M(Pb(NO3)2) = 331 г/моль; M(Pb) = 207 г/моль; M(Fe) = 56 г/моль.

Количество нитрата свинца(П) составит 0,15-50-1,23/331 = = 0,0278 моль. По условию задачи масса железной пластинки уменьшилась втрое, т.е. концентрация Pb2+ составит 0,0278/3 = 0,0092 моль-ионов, а перешло на пластинку 0,0278 - 0,0092 = 0,0186 моль-ионов или 0,0186-207 = = 3,85 г.

Перешло в раствор Fe^-rom^ соответственно 0,0186-56 = 1,04 г. Следовательно, масса пластинки будет равна 8,00 - 1,04 + 3,85 = 10,81 г.

П р и м е р 124 Медный стержень массой 422,4 г выдержали в растворе нитрата серебра, после чего его масса составила 513,6 г. Рассчитайте объем израсходованного раствора азотной кислоты (р = 1,20 г/см3) с массовой долей 32 %, необходимый для растворения медного стержня после выдерживания его в растворе нитрата серебра.

Решение

1) Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + ^2Ag

2) 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NOt + 4H2O

3) 3Ag + 4HNO3 = 3AgNO3 +NOt + 2H2O

M(Cu) = 64 г/моль; M(Ag) = 108 г/моль; M(HNO3) = 63 г/моль.

Масса выделенного по реакции (1) серебра составит 513,6 - 422,4 = = 91,2 г или 91,2/108 = 0,85 моль. Следовательно, в раствор перейдет согласно реакции (1) 0,85/2 = 0,425 моль Cu2+ или 0,425-64 = 27,2 г.

В растворе останется меди 422,4 - 27,2 = 395,2 г или 395,2/64 = = 6,18 моль. На растворение данного количества меди по реакции (2) потребуется 8-6,18/3 = 16,475 моль HNO3. По реакции (3) на растворение 0,85 моль серебра потребуется 4-0,85/3 = 1,13 моль HNO3.

Всего на растворение меди и серебра потребуется 16, 475 + 1,130 = = 17,605 моль или 17,605-63 = 1109,12 г HNO3. В расчете на раствор данной концентрации масса раствора кислоты составит 1109,12-100/32 = = 3466,00 г. Объем кислоты равен 3466,00/1,20 = 2888,3 см3.

П р и м е р 125 Железную пластинку массой 15 г опустили в раствор сульфата меди (со = 8 %) массой 100 г. Через некоторое время пластинку вынули, промыли и высушили. Масса пластинки оказалась равной 15,3 г. Определите концентрацию (с , %) веществ в образовавшемся после реакции растворе.

Решение Железо более активный металл и поэтому вытесняет медь из сульфата меди

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu.

Образующаяся медь оседает на железной пластинке, которая становится тяжелее, поскольку атомная масса меди больше, чем атомная масса железа. При растворении 1 моль железа (56 г) масса пластинки увеличилась бы на

64 - 56 = 8 г.

По условию задачи масса пластинки увеличилась на 0,3 г. Можно составить пропорцию:

56 г Fe - Дт = 8 г х г Fe - Дт = 0,3 г.

Масса железа, вступившего в реакцию, равна 0,3-56/8 = 2,1 г, а число молей железа 2,1/56 = 0,0375 моль. Поскольку все вещества в данной реакции реагируют и получаются в равных количествах (по числу молей), то:

п(О^04(реагир)) = n(FeSO4(образ)) = 0,0375 моль.

Найдем массу CuSO4 в исходном и в конечном растворах:

т(О^04(исх)) = 100-0,08 = 8 г; т(О^04(кон)) = 8 - 0,0375-160 = 2 г.

Найдем массу FeSO4 в конечном растворе:

т^О4(кон)) = 0,0375-152 = 5,7 г. Масса конечного раствора меньше массы исходного раствора на величину изменения массы пластинки (закон сохранения массы веществ) и равна 99,7 г. Далее определяем концентрации солей в образовавшем растворе:

ro(CuSO4) = 2-100/99,7 = 2,01 %; ro(FeSO4) = 5,7-100/99,7 = 5,72 %.

Задачи

Для решения задач данного раздела использовать значения величин ф0 из табл. 11.

585 Какие внешние изменения будут наблюдаться, если в три пробирки с раствором медного купороса внести соответственно небольшие кусочки металлического алюминия, свинца, серебра?

586 Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами:

а) CuSO4; б) MgSO4; в) Pb(NO3)2; г) AgNO3; д) NiSO4; е) BaC12?

Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

587 При какой концентрации ионов Zn2+ (моль/дм3) потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала?

588 При какой концентрации ионов Cr3+ (моль/дм3) значение потенциала хромового электрода становиться равным стандартному потенциалу цинкового электрода?

589 Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал -1,23 В. Вычислите концентрацию (моль/дм3) ионов Mn2+.

590 Рассчитайте электродные потенциалы магния в растворе хлорида магния при концентрациях (моль/дм3):

а) 0,1; б) 0,01; в) 0,001.

591 При какой концентрации ионов Cu2+ (моль/дм3) значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода?

592 Цинковая пластинка массой 10,0 г опущена в раствор сульфата меди(П). После окончания реакции пластинка имела массу 9,9 г. Объясните изменение массы пластинки и определите массу сульфата меди(П), вступившей в реакцию.

593 После того как железную пластинку выдержали в растворе сульфата меди(П), ее масса изменилась на 1,54 г. Определите объем раствора азотной кислоты (р = 1,50 г/см3) с массовой долей 96 %, необходимый для снятия меди с пластинки.

594 Масса железного стержня после выдерживания в растворе нитрата меди(П) увеличилась на 1,6 г и составила 23,2 г. Рассчитайте массу растворившегося железа, а также массу меди, выделившаяся после реакции.

595 Какая масса технического железа, содержащего 18 % примесей, потребуется для вытеснения из раствора сульфата никеля(П) никеля массой

7,42 г.

596 В раствор нитрата серебра опущена медная пластинка массой 28,00 г. По окончании реакции масса пластинки оказалась равной 32,52 г. Определите массу нитрата серебра в растворе.

597 Из каких полуэлементов следует составить гальванический элемент с целью получения максимальной э.д.с.:

а) Cu2+/Cu и Pb2+/Pb; б ) Cr3+/Cr и Fe2+/Fe; в) Ni2+/Ni и Pb2+/Pb?

598 Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. медно-кадмиевого гальванического элемента, в котором [Cd2+] = 0,80 моль/дм3, а [Cu2+] = 0,01 моль/дм3.

599 Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э. д. с. гальв

страница 23
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Скачать книгу "Сборник задач и упражнений по химии" (1.54Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
нужно ли согласоаывать рекламу на частной территории
характеристика котла аристон
посуда для стеклокерамической
курсы косметолога рудн

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(05.12.2016)