Контрольные задания. 391. Составьте схему и вычислите ЭДС гальванического элемента, образованного серебряным электродом, погруженным в раствор AgNO3 с концентрацией Ag+

391. Составьте схему и вычислите ЭДС гальванического элемента, образованного серебряным электродом, погруженным в раствор AgNO₃ с концентрацией Ag⁺, равной 0,01 моль/дм³, и стандартным водородным электродом. Напишите уравнения электродных процессов.

392. Что является окислителем и что восстановителем в гальваническом элементе, составленном из олова и серебра, погруженных в одномолярные растворы своих солей? Составьте схему соответствующего гальванического элемента, вычислите ЭДС. Изменится ли значение ЭДС, если растворы солей разбавить в 10 раз?

393. В два сосуда с голубым раствором медного купороса поместили: в первый – цинковую пластинку, а во второй – серебряную. В каком сосуде цвет раствора постепенно пропадает? Почему? Составьте электронные и молекулярное уравнения соответствующих реакций.

394. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) СuSO₄; б) МgSO₄; в) Рb(NO₃)₂? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

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

396. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) АgNO₃; б) ZnSO₄; в) NiSO₄? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

397. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал –1,23В. Вычислите концентрацию ионов Mn²⁺ в моль/л.

Ответ: 1,89∙10^-2 моль/л.

398. 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.

399. Составьте схему гальванического элемента, в котором роль анода выполнял бы стандартный водородный электрод. Напишите уравнения реакций, протекающих на аноде и катоде. Вычислите стандартную ЭДС этого элемента, а также ЭДС в том случае, когда концентрация ионов металла в растворе его соли равна 0,1 моль/дм³.

400. Электроды из марганца опущены в растворы KNO₃, CrCl₃, Pb(NO₃)₂, MgSO₄. Укажите, в каких случаях будут протекать химические реакции. Составьте электронные уравнения.

401. Никелевый и кобальтовый электроды опущены соответственно в растворы Ni(NO₃)₂ и Co(NO₃)₂. В каком соотношении должны быть концентрации ионов этих металлов, чтобы потенциалы обоих электродов были одинаковыми? Ответ:С_Ni2+: C_Co2+ ≈ 0,117.

402. 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.

403. При какой концентрации ионов Cu²⁺ в моль/л значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода? Ответ: 3∙10^-12 моль/л.

404. Какой гальванический элемент называется концентрированным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных первый – в 0,01н, а второй – в 0,1н растворы AgNO₃. Ответ: 0,058 В.

405. 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 ЭДС гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001М растворе, а другой такой же электрод – в 0,01М растворе сульфата никеля. Ответ: 0,029 В.

406. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе такого гальванического элемента:

Ag|Ag⁺(0,1М)||Ag⁺(0,01М)|Ag. Напишите электронные уравнения процессов, укажите анод и катод, рассчитайте значение ЭДС. Как называются гальванические элементы, электроды которых изготовлены из одного и того же металла?

407. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых железо является анодом, а в другом – катодом. Напишите электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Рассчитайте стандартные ЭДС элементов.

408. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Pb²⁺] =[Mg²⁺] = 0,01 моль/л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ: 2,233 В.

409. 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.

410. Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.

411. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрациями [Mg²⁺] = [Cd²⁺] = 1 моль/л. Изменится ли величина ЭДС ГЭ, если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л? Ответ: 1,967 В; не изменится.

412. Электродный потенциал кадмиевого электрода, погруженного в раствор соли кадмия, составляет –0,46 В. Составьте гальванический элемент, анодом которого является кадмиевый электрод, рассчитайте концентрацию ионов кадмия в растворе соли.

413. Процессы, протекающие на электродах при работе гальванического элемента, выражены следующими уравнениями: Cd⁰ - 2e → Cd²⁺; Hg²⁺ +2e → Hg⁰. Составьте схему элемента, напишите уравнение происходящей реакции. Вычислите ЭДС, зная, что концентрации ионов металлов в растворах их солей равны 0,1 моль/дм³.

414. 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 должна быть концентрация ионов железа, чтобы ЭДС предложенного элемента стала равной нулю, если [Zn²⁺] = 0,001 моль/л?

Ответ: 1,28 · 10^-14 моль/л.

415. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению: Ni + Pb(NO₃)₂ = Ni(NO₃)₂ + Pb. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите ЭДС этого элемента, если [Ni²⁺] = 0,01 моль/л,[Pb²⁺] = 0,0001 моль/л. Ответ: 0,066 В.

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

417. Составьте схемы двух гальванических элементов, образованных электродами из алюминия и меди в паре со стандартным водородным электродом. Чем, катодом или анодом, являются электроды из Al и Cu в этих гальванических элементах? Рассчитайте значения стандартных ЭДС элементов, укажите процессы, протекающие на электродах.

418. Составьте схему гальванического элемента, при работе которого протекает следующая реакция: Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu. Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на электродах, вычислите ЭДС, если концентрации ионов Zn²⁺ и Cu²⁺ равны 0,01 моль/дм³ и 0,1 моль/дм³ соответственно.

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

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

ЭЛЕКТРОЛИЗ

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита. При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую. Ячейка для электролиза, называемая электролизером, состоит из двух электродов и электролита. Электрод, на котором идет реакция восстановления (катод), у электролизера подключен к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Электрод, на котором протекает реакция окисления (анод), подключен к положительному полюсу источника.

При электролизе на катоде (отрицательно заряженный электрод) происходит восстановление, а на аноде (положительно заряженный электрод) – окисление.

На характер течения электродных процессов при электролизе большое влияние оказывают состав электролита, растворитель, материал электродов и режим электролиза (напряжение, плотность тока, температура и др.). Прежде всего, надо различать электролиз расплавленных электролитов и их водных растворов.

Электролиз водных растворов электролитов более сложный процесс из-за возможности участия в нем молекул воды:

- восстановление на катоде: 2Н₂О + 2ē = Н₂↑ + 2OН^– (рН≥7);

или: 2Н⁺ +2ē = Н₂↑;

- окисление на аноде: 2Н₂О – 4ē = 4H⁺ + О₂.

Если на одном и том же электроде возможно протекание двух или более процессов, то вероятен тот, осуществление которого связано с минимальной затратой энергии. Это означает, что на катоде восстанавливаются, в первую очередь, окисленные формы окислительно-восстановительных систем с наибольшим электродным потенциалом, а на аноде окисляются восстановленные формы с наименьшим электродным потенциалом.

В реальных процессах этот порядок часто нарушается из-за перенапряжения на электродах, вызванного их поляризацией и другими побочными процессами. Поэтому для определения порядка протекания окислительно-восстановительных процессов на электродах при электролизе водных растворов можно руководствоваться следующими правилами.

На катоде:

- в первую очередь восстанавливаются катионы металлов, имеющие стандартный электродный потенциал больший, чем у водорода, в порядке его уменьшения, например:

Сu²⁺ + 2ē → Сu⁰, =+0,34В;

- катионы металлов с малым стандартным электродным потенциалом (от Li⁺ до Аl³⁺ включительно) не восстанавливаются, а вместо них восстанавливаются молекулы воды с выделением водорода:

2Н₂О + 2ē= Н₂↑ + 2OН^–, = -0,41В (рН≥7);

- катионы металлов, имеющие стандартный электродный потенциал меньший, чем у водорода, но больший, чем у алюминия, восстанавливаются одновременно с молекулами воды с выделением водорода.

- в растворах кислот (рН < 7) восстанавливаются ионы H⁺:

2Н⁺ + 2e→ Н₂,

На аноде характер окислительных процессов зависит также от материала электродов. Различают нерастворимые (инертные) и растворимые (активные) электроды. Инертные электроды изготовляются обычно из графита, угля, платины. В процессе электролиза они химически не изменяются, а служат лишь для передачи электронов во внешнюю цепь. При использовании инертных анодов:

- в первую очередь окисляются простые ионы в порядке возрастания их ⁰, не превышающих +1,5 В (S^2-, I^–, Вr^–, Сl^–).

- при электролизе водных растворов, содержащих ионы кислородсодержащих кислот , на аноде окисляются не эти ионы, а молекулы воды с выделением кислорода:

2Н₂О – 4ē = 4H⁺ + О₂, (рН ≤ 7)

- в щелочных растворах (рН >7) на аноде окисляются ионы ОН^–: 4OH^- - 4e = O₂ + 2H₂O,

При использовании растворимых анодов (из меди, серебра, цинка и других металлов) анод посылает электроны во внешнюю цепь за счет окисления атомов металла, из которых он сделан:

Ме⁰ – ne→ Меⁿ⁺.

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:

, (1)

где m(А) - масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде (г); M_экв(А) – молярная масса эквивалента вещества А (г/моль·экв); I – сила тока (А); t – продолжительность электролиза (с); F – число Фарадея (F ≈ 96500 Кл/моль).

Молярная масса эквивалента меди равна

Подставив в формулу ( 1 ) значения M_экв(Cu), получим:

Пример 2. Вычислите молярную массу эквивалента металла, зная, что при электролизе раствора хлорида этого металла затрачено 3880 Кл электричества и на катоде выделилось 11,742 г металла.

Решение.

Из формулы (1) находим

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

Решение.

Из формулы (1) .

Так как дан объем водорода, то отношение m/М_экв заменяем отношением V_H2/V_эквН2, где V_H2 – объем водорода (л); V_эквН2 –эквивалентный объем водорода (л), тогда

.

Эквивалентный объем водорода при н.у. равен половине молярного объема . Подставив в приведенную формулу значения V_H2 = 1,4л, t = 6025 с (1ч 40мин 25с = 6025с), находим .

Пример 4. Сколько граммов едкого калия образовалось у катода при электролизе раствора К₂SO₄, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода, измеренного при нормальных условиях?

Решение.

Эквивалентный объем кислорода (н.у.) . Согласно закону Фарадея: , отсюда находим массу гидроксида калия, образовавшегося у катода:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: