химический каталог




Сборник задач и упражнений по химии

Автор Лебедева М.И., Анкудимова И.А.

анического элемента, в котором серебряные электроды опущены в 0,01 н и 0,1 н растворы нитрата серебра.

600 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 никелевые электроды опущены в 0,002 н и 0,02 н растворы сульфата никеля.

601 Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы солей с концентрацией [Pb2+] = [Mg2+] = 0,01 моль/дм3. Изменится ли э.д.с. этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз?

602 Составьте схему, напишите электронные уравнения электронных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией

[Cd2+] = [Mg2+] = 1 моль/дм3. Изменится ли значение э.д.с., если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/дм3?

603 Составьте схему работы гальванического элемента, образованного железом и свинцом, погруженными в 0,005 М растворы их солей. Рассчитайте э. д. с. этого элемента.

604 Вычислите э.д.с. гальванического элемента, образованного магнием и цинком, погруженными в растворы их солей концентра-ций 1,8-105 и 2,5-10-2 моль/дм3 соответственно и сравните с э.д.с. гальванического элемента, состоящего из магниевой и цинковых пластин, опущенных в растворы солей с концентрацией [Mg2+] = [Zn2+] == 1 моль/дм3.

605 Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке железо-никелевого аккумулятора?

606 Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора?

607 Гальванический элемент состоит из серебряного электрода, погруженного в 1 М раствор нитрата серебра и стандартного водородного электрода. Напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции, происходящей при работе гальванического элемента.

608 Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом - анодом.

609 Чтобы посеребрить медную пластину массой 10 г, ее опустили в раствор нитрата серебра (с = 20 %) массой 250 г. Когда пластину вынули, оказалось, что масса нитрата серебра в растворе уменьшилась на 20 %. Какой стала масса посеребряной пластинки, и какова концентрация оставшегося раствора нитрата серебра.

610 Железную пластинку массой 10 г опустили в раствор (с = 4 %) нитрата серебра. Через некоторое время пластинку вынули, промыли и высушили. Масса пластинки оказалась равной 12,4 г, а концентрация нитрата серебра в растворе уменьшилась в 4 раза. Определите массу (г) исходного раствора.

611 К раствору (со = 5 %) хлорида меди(11) массой 200 г добавили цинковую пластинку. Пластинка растворилась полностью. Концентрация раствора хлорида меди уменьшилась в 5 раз. Определите массу (г) растворенной цинковой пластинки.

612 К раствору (со = 7 %) сульфата меди(11) массой 300 г добавили тонко измельченного цинка массой 4 г. Определите концентрация (с , %) веществ в полученном растворе.

613 Как изменится масса (г) медной пластинки после ее внесения в раствор (с = 4 %, р = 1,063 г/см3) нитрата серебра объемом 200 см3?

6.4 ЭЛЕКТРОЛИЗ

Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.

Электрод, на котором при электролизе происходит восстановление, называется катодом, а электрод, на котором осуществляется процесс окисления, - анодом.

Если система, в которой проводят электролиз, содержит различные окислители, то на катоде будет восстанавливаться наиболее активный из них, т. е. окисленная форма той электрохимической системы, которой отвечает наибольшее значение электродного потенциала. Так, при электролизе кислого водного раствора соли никеля при стандартных концентрациях ионов [H+] = [Ni2+] = 1 моль/дм3 возможно восстановление как иона никеля:

Ni2+ + 2e = Ni; ф1 = -0,25 B;

так и иона водорода:

2Н+ + 2e = H2; ф2 = 0 В. Но поскольку ф1 < ф2 , то в этих условиях на катоде будет выделяться

водород.

Иным будет катодный процесс при электролизе нейтрального водного раствора соли никеля при [Н+] = 10-7 моль/дм3. Здесь потенциал водородного электрода ф3 = -0,41 В. В этом случае при концентрации иона никеля (1 моль/дм3) ф1 > ф3 на катоде будет выделяться и никель.

Как показывает рассмотренный пример, при электролизе водных растворов солей, реакция которых близка к нейтральной, на катоде восстанавливаются те металлы, электродные потенциалы которых значительно по-ложительнее, чем -0,41 В. Если потенциал металла значительно отрицательнее, чем -0,41 В, то на катоде будет выделяться водород по схеме:

2Н2О + 2e = Н2 +2ОН-.

При значениях электродного потенциала металла, близких к -0,41 В, возможно, в зависимости от концентрации соли металла и условий электролиза, как восстановление металла, так и выделение водорода (или совместное протекание обоих процессов).

Аналогично при наличии в системе, подвергающейся электролизу, нескольких восстановителей, на аноде будет окисляться наиболее активный из них, т. е. восстановленная форма той электрохимической системы, которая характеризуется наименьшим значением электродного потенциала. Так, при электролизе водного раствора сульфата меди с инертными электродами на аноде может окисляться как сульфат-ион:

2SO4- - 2e = S2O82-; ф° = 2,01 B

так и вода:

2Н2О - 4e = О2 + 4Н + ; ф2= 1,23 B.

Поскольку Ф2<< ф0 , то в данном случае будет осуществляться второй из возможных процессов, и на аноде будет выделяться кис-лород.

Однако при замене инертного электрода медным становится возможным протекание еще одного окислительного процесса - анодного растворения меди:

Cu - 2e =Cu2+ ф°°= 0,34B.

Этот процесс характеризуется более низким значением электродного потенциала, чем остальные возможные анодные процессы ( Ф°<< Ф° и

ф0<< ф2). Поэтому при указанных условиях на аноде будет происходить окисление меди.

При электролизе водных растворов нитратов, перхлоратов и фосфатов, как и в случае сульфатов, на инертном аноде обычно происходит окисление воды с образованием свободного кислорода.

П р и м е р 126 Напишите уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствора сульфата натрия с инертным анодом.

Решение Стандартный электродный потенциал системы Na+ + e = = Na (-2,71 B) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной водной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода:

2Н2О + 2 e = H2t + 2ОН-,

а ионы Na+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство).

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2Н2О - 4 e = О2Т + 4Н+,

поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал

(2,01 В), характеризующий систему 2SO4-- 2e = S2O2- . Ионы SO4- , движущиеся при электролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.

Умножая уравнение катодного процесса на два и складывая его с уравнением анодного процесса, получаем суммарное уравнение процесса электролиза:

6Н2О = 2Н2 t +4ОН- + О2 t +4Н+ .

(у катода) (у анода)

Приняв во внимание, что одновременно происходит накопление ионов Na+ в катодном пространстве и ионов SO2- в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме:

6Н2О + 2Na2SO4 = 2Н2 t +4Na + + 4ОН- + О2 t+4H + + 2SO2.- .

(у катода) (у анода)

Таким образом, одновременно с выделением водорода и кислорода образуется гидроксид натрия (в катодном пространстве) и серная кислота (в анодном пространстве).

Количественная характеристика процессов электролиза определяется законами, установленными Фарадеем. Им можно дать следующую общую формулировку: масса электролита, подвергшаяся превращению при электролизе, а также масса образующихся на электродах веществ прямопропорциональна количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита, и эквивалентным массам соответствующих веществ.

Закон Фарадея выражается следующей формулой:

т = Мэ It / F, (6.4.1)

где т - масса образовавшегося на электродах или подвергшегося превращению вещества, г; Мэ - его эквивалентная масса, г/ моль; I - сила тока, А (ампер); t - время, с; F - число Фарадея (96 500 Кл/моль), т.е. количество электричества, необходимое для осуществления электрохимического превращения одного эквивалента вещества.

П р и м е р 127 Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора сульфата ме-ди(11). Какая масса меди выделится на катоде и какой объем кислорода выделится на аноде в течение 1 часа и силе тока равной 4 А?

Решение Электролиз раствора сульфата меди(11):

(-) К: Cu2+, H2O

(+) А: SO2- , Н2О.

Катионы металлов (Cu2+ - Au3+), имеющие большое значение ф0 при электролизе полностью восстанавливаются. Следовательно, на катоде: Cu2+ + 2 e = Cu0; на аноде окисляются молекулы воды 2Н2О - 4 e = = O2t + 4Н+, так как кислородсодержащие анионы окисляются труднее. Общее уравнение:

2CuSO4 + 2Н2О злектршшз > 2Cu + 2H2SO4 + О2 t.

Эквивалентная масса меди(11) равна 63,54/2 = 31,77 г/моль. Согласно формуле (6.4.1) и условию задачи получим:

т (Cu) = 31,77-4-3600 / 96 500 = 4,74 г. Для вычисления объема кислорода, который выделяется на аноде, отношение т / MM заменяем отношением УОг/Уэ(Ог), где VO2 - объем кислорода, дм3; VJ(O2)- эквивалентный объем кислорода, 5,6 дм3. Тогда:

VO2 = V3(O21/96500 = 5,6 - 4 - 3600/96500 = 0,84 дм3.

П р и м е р 128 При пропускании тока через последовательно включенные электролизеры с растворами AgNO3, CuSO4, ZnC12 в первом электролизере на катоде выделилось 1,118 г металличес

страница 24
< 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
сетки для большого тенниса в тольятти
Выгодное предложение в КНС Нева на 80T7003RRK - доставка по Санкт-Петербургу и онлайн кредит "не выходя из дома" во всех городах северо-запада России!
курсы на дизайнера штор
Кастрюля Flamme 5.7 л 24 см с крышкой

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
(03.12.2016)