ÒÎÐ 5 ñòàòåé: Ìåòîäè÷åñêèå ïîäõîäû ê àíàëèçó ôèíàíñîâîãî ñîñòîÿíèÿ ïðåäïðèÿòèÿ Ïðîáëåìà ïåðèîäèçàöèè ðóññêîé ëèòåðàòóðû ÕÕ âåêà. Êðàòêàÿ õàðàêòåðèñòèêà âòîðîé ïîëîâèíû ÕÕ âåêà Õàðàêòåðèñòèêà øëèôîâàëüíûõ êðóãîâ è åå ìàðêèðîâêà Ñëóæåáíûå ÷àñòè ðå÷è. Ïðåäëîã. Ñîþç. ×àñòèöû ÊÀÒÅÃÎÐÈÈ:
|
ղ̲×Ͳ ÂËÀÑÒÈÂÎÑÒ² ÌÅÒÀ˲ÂÌåòà âèâ÷åííÿ òåìè: - âèêîðèñòîâóâàòè åëåêòðîõ³ì³÷íèé ðÿä íàïðóã ìåòàë³â äëÿ âèçíà÷åííÿ îêèñíî-â³äíîâíèõ âëàñòèâîñòåé ³îí³â ³ àòîì³â ìåòàë³â; - ñêëàäàòè ð³âíÿííÿ õ³ì³÷íèõ ðåàêö³é ìåòàë³â ç âîäîþ, âîäíèìè ðîç÷èíàìè ëóã³â, êèñëîò, ñîëåé íà îñíîâ³ òåî𳿠ÎÂÐ ³ ç óðàõóâàííÿì ãåòåðîãåííîãî õàðàêòåðó âçàºìî䳿. Ïðîñò³ ðå÷îâèíè â çàëåæíîñò³ â³ä âëàñòèâîñòåé ïîä³ëÿþòüñÿ íà ìåòàëè ³ íåìåòàëè. Ìåòàëè ³ íåìåòàëè ðîçð³çíÿþòü çà ô³çè÷íèìè âëàñòèâîñòÿìè ïðîñòèõ ðå÷îâèí. Ç äðóãîãî áîêó, âîíè â³äì³íí³ ³ â õ³ì³÷íèõ âëàñòèâîñòÿõ: ìåòàëè ïðîÿâëÿþòü â³äíîâíó àêòèâí³ñòü, ¿õ îêñèäè ³ ã³äðîêñèäè çäåá³ëüøîãî ìàþòü îñíîâíèé õàðàêòåð, íåìåòàëè ïðîÿâëÿþòü çâè÷àéíî îêèñíó ä³þ, à ¿õ îêñèäè ³ ã³äðîêñèäè – êèñëîòíèé õàðàêòåð. ßê ô³çè÷í³, òàê ³ õ³ì³÷í³ âëàñòèâîñò³ ìåòàë³â âèïëèâàþòü ç îñîáëèâîñòåé ìåòàëåâîãî õ³ì³÷íîãî çâ'ÿçêó. Çâåðí³òü óâàãó, ùî â á³ëüøîñò³ âèïàäê³â íà çîâí³øíüîìó åíåðãåòè÷íîìó ð³âí³ àòîì³â ìåòàë³â çíàõîäÿòüñÿ ëèøå îäèí àáî äâà åëåêòðîíè. Çíà÷íî ð³äøå çóñòð³÷àþòüñÿ àòîìè ìåòàë³â, ùî ì³ñòÿòü íà çîâí³øíüîìó ð³âí³ òðè (Àl ³ åëåìåíòè ï³äãðóïè ãàë³þ) ³ á³ëüøå (Sn, Pb, Bi) åëåêòðîí³â. Ïîÿñí³òü, ÿê ç îñîáëèâîñòåé õ³ì³÷íîãî çâ'ÿçêó âèïëèâàþòü òàê³ õàðàêòåðí³ ô³çè÷í³ âëàñòèâîñò³ ÿê ìåòàëåâèé áëèñê, âèñîêà åëåêòðî- ³ òåïëîïðîâ³äí³ñòü, ïëàñòè÷í³ñòü, êîâê³ñòü, ì³öí³ñòü ³ ïðóæí³ñòü, çäàòí³ñòü äî òåðìî- ³ ôîòîåëåêòðîííî¿ åì³ñ³¿. Ó òàáëèö³ åëåìåíò³â Ä.².Ìåíäå뺺âà 80% ìåòàë³â. Äî íèõ â³äíîñÿòüñÿ: óñ³ s -åëåìåíòè (çà âèíÿòêîì Í òà Íå), óñ³ d - òà f - åëåìåíòè, à òàêîæ ÷àñòèíà ð -ýëåìåíò³â, ðîçòàøîâàíèõ ï³ä óìîâíîþ ä³àãîíàëüíîþ ë³í³ºþ, ùî ïðîõîäèòü â³ä áîðó äî àñòàòó. Õ³ì³÷íà âçàºìîä³ÿ ìåòàë³â ç ð³çíèìè ðåàãåíòàìè ï³äëÿãຠçàãàëüíèì çàêîíîì³ðíîñòÿì òåî𳿠îêèñíî-â³äíîâíèõ ðåàêö³é. ³äíîñíà àêòèâí³ñòü ìåòàë³â îö³íþºòüñÿ çíà÷åííÿìè ¿õ åëåêòðîäíèõ ïîòåíö³àë³â. Ïðè àíàë³ç³ õ³ì³÷íèõ âçàºìîä³é ìåòàë³â íåîáõ³äíî ïîñë³äîâíî âèð³øèòè òàê³ ïèòàííÿ: - Ìåòàëè ìîæóòü ïðîÿâëÿòè ò³ëüêè â³äíîâí³ âëàñòèâîñò³. Òîìó îêèñíèê ñë³ä çíàéòè ñåðåä ³íøèõ ðåàãåíò³â. - Ïðè âèáîð³ îêèñíèêà êîðèñòóéòåñÿ âåëè÷èíàìè ÎÂ-ïîòåíö³àë³â. Ïåðåâ³ðòå òåðìîäèíàì³÷íó ìîæëèâ³ñòü ïåðåá³ãó ÎÂÐ çà íåð³âí³ñòþ: jÌå < jOx. - Ïðîàíàë³çóéòå ìîæëèâ³ñòü ãàëüìóâàííÿ øâèäêîñò³ ðåàêö³¿ âíàñë³äîê óòâîðåííÿ íà ïîâåðõí³ ìåòàëó ù³ëüíîãî øàðó íåðîç÷èííîãî ïðîäóêòó. Ïðèêëàä 1. ßê³ ìåòàëè ³ ÿê ìîæóòü âçàºìîä³ÿòè ç âîäîþ? Ðîçâ’ÿçàííÿ. Ïðè âçàºìî䳿 ìåòàë³â ç âîäîþ: Me0 + n H+2O Red ó ðîë³ ïîòåíö³éíîãî îêèñíèêà ìîæóòü âèñòóïàòè ò³ëüêè ³îíè Í+ âîäè. Ïîêàæ³òü, ùî ³íøèõ îêèñíèê³â ó ðîçãëÿíóò³é ñèñòåì³ ïðîñòî íåìàº. Ñêëàäàºìî ð³âíÿííÿ ìîæëèâèõ íàï³âðåàêö³é îêèñíåííÿ ³ â³äíîâëåííÿ: Ìå0 - nē Men+ Red = Men+/ Me° H2O + ē (1/2)H2 + OH- Ox = 2H+ /H2° ³ ç óðàõóâàííÿì äîäàòêîâèõ ìíîæíèê³â ìàºìî ñóìàðíå ð³âíÿííÿ ðåàêö³¿: Me0 + n H+2O Me+n(OH)n + (n /2)H20 Ïåðåâ³ðÿºìî âèêîíàííÿ òåðìîäèíàì³÷íî¿ óìîâè ïåðåá³ãó ÎÂÐ: jÌå < jOx. Îñê³ëüêè ó âîä³ íå âèêîíóþòüñÿ ñòàíäàðòí³ óìîâè äëÿ âîäíåâîãî åëåêòðîäà ([Í+] = 10-7 ìîëü/ë), îá÷èñëèìî éîãî ïîòåíö³àë çà ð³âíÿííÿì Íåðíñòà: = î + (0,059/2) lg[Í+]2 = 0 + (0,059/2)×2(-7)» -0,41Â. Òàêèì ÷èíîì, âçàºìîä³ÿ ç âîäîþ òåðìîäèíàì³÷íî ìîæëèâà äëÿ ìåòàë³â ç ÎÂ-ïîòåíö³àëàìè ìåíøèìè çà -0,41Â. Ö³é óìîâ³ ó íåéòðàëüíîìó ñåðåäîâèù³ (ðÍ = 7) çàäîâîëüíÿº Fe ³ á³ëüø àêòèâí³ ìåòàëè (òàáë.1). Ó òàáë.1 íàâåäåí³ âåëè÷èíè åëåêòðîäíèõ ïîòåíö³àë³â äåÿêèõ ìåòàë³â ó íåéòðàëüíîìó ñåðåäîâèù³. Çíà÷åííÿ ïîòåíö³àë³â â òàáë.1 íå ÿâëÿþòüñÿ ñòàíäàðòíèìè. Îêèñíåíà ôîðìà ìåòàë³â â³äïîâ³äຠ¿õ ³ñíóâàííþ ó âîäíèõ ðîç÷èíàõ ó ôîðì³ íåðîç÷èííèõ ã³äðîêñèä³â àáî îêñèä³â. Âàðòî ïàì'ÿòàòè, ùî â³äíîâíà àêòèâí³ñòü ëóæíèõ ³ ëóæíîçåìåëüíèõ ìåòàë³â ó âñ³õ ñåðåäîâèùàõ ìîæå áóòè îõàðàêòåðèçîâàíà ñòàíäàðòíèìè çíà÷åííÿìè ¿õ Πïîòåíö³àë³â (äîäàòîê). Âðàõóºìî ôàêòîð ãåòåðîãåííîñò³. Ùîá ðåàêö³ÿ íå ãàëüìóâàëàñÿ ù³ëüíèì øàðîì ïðîäóêòó, ã³äðîêñèäè, ùî óòâîðþþòüñÿ, ïîâèíí³ áóòè ðîç÷èííèìè. Îòæå, âçàºìîä³ÿòè ç âîäîþ ìîæóòü ò³ëüêè ìåòàëè, ùî ìàþòü âåëè÷èíó åëåêòðîäíîãî ïîòåíö³àëó ìåíøó çà – 0,41 òà óòâîðþþòü ðîç÷èíí³ ó âîä³ ã³äðîêñèäè (ëóãè). Îáîì öèì óìîâàì çàäîâîëüíÿþòü ò³ëüêè ëóæí³ (ï³äãðóïà ²À) òà ëóæíîçåìåëüí³ (²²À) ìåòàëè. Ïîì³òíî ðåàãóº ç âîäîþ ç óòâîðåííÿì TlOH òàêîæ òàë³é – íàéá³ëüø àêòèâíèé ç ìåòàë³â ï³äãðóïè IIIA. Òàáëèöÿ 1 Åëåêòðîäí³ ïîòåíö³àëè ìåòàë³â ó íåéòðàëüíîìó ñåðåäîâèù³ (ðÍ=7)
Ðîçãëÿíåìî âçàºìîä³þ ìåòàë³â ç âîäíèìè ðîç÷èíàìè ëóã³â: Ìå + NaOH + H2O =? Ëåãêî ïîì³òèòè, ùî â äàí³é ñèñòåì³ ïîòåíö³éí³ îêèñíèêè – êàò³îíè ìåòàëó Na+ ³ âîäíþ H+. Ïîòåíö³àë âîäíþ ó ëóæíîìó ñåðåäîâèù³ çàëèøàºòüñÿ çíà÷íî âèùèì í³æ ó ëóæíèõ ³ ëóæíîçåìåëüíèõ ìåòàë³â. Íàïðèêëàä, ïðè ðÍ =14 2H+/ Í = - 0,059 ðÍ = -0,83 Òîìó ó ðîë³ îêèñíèêà âèñòóïàþòü ³îíè H+ , ³ ïåðøà ñòàä³ÿ ðåàêö³¿ òàêà æ ÿê ïðè âçàºìî䳿 ìåòàëó ç âîäîþ. ßêà æ ðîëü ëóãó? ³í âçàãàë³ íå áåðå ó÷àñò³ ó ðåàêö³¿, ÿêùî Ìå – ëóæíèé àáî ëóæíîçåìåëüíèé ìåòàë. Îäíàê ëóã â³ä³ãðຠâàæëèâó ðîëü ó òîìó âèïàäêó, êîëè ìåòàë, ùî ðåàãóº, óòâîðþº íåðîç÷èííèé àìôîòåðíèé ã³äðîêñèä. Îñòàíí³é ðîç÷èíÿºòüñÿ ó ëóç³, êîíòàêò ìåòàëó ç âîäîþ ïîíîâëþºòüñÿ, ³ ðåàêö³ÿ éäå äî ê³íöÿ. Çâåðí³òü óâàãó, ùî ó ëóæíîìó ñåðåäîâèù³ òàê³ ìåòàëè ³ñíóþòü ó âèãëÿä³ àí³îí³â, ùî çì³íþº âåëè÷èíè ¿õ ïîòåíö³àë³â (òàáë.2). Òàáëèöÿ 2 Åëåêòðîäí³ ïîòåíö³àëè äåÿêèõ ìåòàë³â ó ëóæíîìó ñåðåäîâèù³ (ðÍ = 14)
Ïðèêëàä 2. ßê âçàºìî䳺 öèíê ³ç âîäíèì ðîç÷èíîì ëóãó? Ðîçâ’ÿçàííÿ. ÎÂ-ïîòåíö³àë öèíêó (òàáë.2) ìåíøèé çà ïîòåíö³àë âîäè: [Zn(OH)4]2-/ Zn = -1,22 < 2H+/ Í = -0,83  Îòæå, âçàºìîä³ÿ Zn ç âîäîþ òåðìîäèíàì³÷íî ìîæëèâà. Ïåðøà ñòàä³ÿ: Zn + 2Í2Î = Zn (ÎÍ)2¯ + Í2. Àëå óòâîðåííÿ íåðîç÷èííîãî ã³äðîêñèäó øâèäêî ãàëüìóº ïðîöåñ, òîìó ó âîä³ ðåàêö³ÿ ïðàêòè÷íî íå éäå. Íà äðóã³é ñòà䳿 àìôîòåðíèé ã³äðîêñèä öèíêó ðîç÷èíÿºòüñÿ ó ðîç÷èí³ ëóãó ç óòâîðåííÿì öèíêàòó: Zn (ÎÍ)2 + 2NaOH ® Na2[Zn (ÎÍ)4], ³ ðåàêö³ÿ éäå äî ê³íöÿ. Ñóìàðíå ð³âíÿííÿ âçàºìî䳿: Zn + 2NaOH + 2Í2Î = Na2[Zn (ÎÍ)4] + Í2. Îòæå, ìåòàëè, ùî ðîç÷èíÿþòüñÿ ó âîäíèõ ðîç÷èíàõ ëóã³â, ïîâèíí³ çàäîâ³ëüíÿòè íàñòóïíèì óìîâàì: à) åëåêòðîäíèé ïîòåíö³àë ìåòàëó â ëóæíîìó ñåðåäîâèù³ ïîâèíåí áóòè íèæ÷èì çà ïîòåíö³àë âîäíåâîãî åëåêòðîäó: - 0,059 ðÍ; á) ã³äðîêñèä ìåòàëó ìຠáóòè àìôîòåðíèì (àáî ðîç÷èííèì). Äî ÷èñëà ìåòàë³â, ùî ðîç÷èíÿþòüñÿ ó ëóç³, àëå íå ó âîä³, â³äíîñÿòüñÿ Zn, Al, Be, Pb, Sn òà ³í. (òàáë.2). Ðîçãëÿíåìî âçàºìîä³þ ìåòàë³â ç ðîç÷èíàìè êèñëîò. ³äíîøåííÿ ìåòàë³â äî âîäíèõ ðîç÷èí³â êèñëîò âèçíà÷àºòüñÿ ÿê àêòèâí³ñòþ ìåòàëó, òàê ³ ïðèðîäîþ êèñëîòè, ³ ¿¿ êîíöåíòðàö³ºþ. Ïðèêëàä 3. ßê³ ìåòàëè ³ ÿê âçàºìîä³þòü ³ç ñîëÿíîþ êèñëîòîþ? Ðîçâ’ÿçàííÿ. Ó ñîëÿí³é êèñëîò³ HCl îêèñíèêîì º ò³ëüêè ³îíè Í+ (äîâåä³òü, ÷îìó ó öüîìó âèïàäêó ìîæíà íå áðàòè äî óâàãè îêèñí³ âëàñòèâîñò³ âîäè). Ó ðîç÷èíàõ êèñëîò [Í+]» 1 ìîëü/ë ³ 2H+/ Í » 0 Â. Îòæå, âçàºìîä³ÿ ç HCl òåðìîäèíàì³÷íî ìîæëèâà ò³ëüêè äëÿ ìåòàë³â ç íåãàòèâíèì åëåêòðîäíèì ïîòåíö³àëîì: Men+/Me0<0, òîáòî, äëÿ òèõ, ùî ðîçòàøîâàí³ â åëåêòðîõ³ì³÷íîìó ðÿäó äî âîäíþ. ßê âèçíà÷èòè ïðîäóêòè ðåàêö³¿? ²îíè âîäíþ ç êèñëîòè â³äíîâëþþòüñÿ äî ìîëåêóëÿðíîãî âîäíþ, à ïðîäóêò îêèñíåííÿ – êàò³îíè ìåòàëó çâ'ÿçóþòüñÿ àí³îíàìè Cl- ó ñ³ëü. Çâ³äñè îäåðæóºìî ìîëåêóëÿðíå ð³âíÿííÿ ðåàêö³¿: Ìå + n HCl = ÌåCl n + (n /2)Í2 Îñê³ëüêè õëîðèäè á³ëüøîñò³ àêòèâíèõ ìåòàë³â äîáðå ðîç÷èíí³, ôàêòîð ãåòåðîãåííîñò³, ÿê ïðàâèëî, íå íàêëàäຠîáìåæåíü íà ïðîò³êàííÿ ö³º¿ ðåàêö³¿. Àíàëîã³÷íî âçàºìîä³þòü ç ìåòàëàìè é ³íø³ êèñëîòè, àí³îíè ÿêèõ íå ì³ñòÿòü á³ëüø àêòèâíèõ îêèñíèê³â, í³æ ''êèñëîòíèé'' âîäåíü Í+. Ïðèêëàä 4. ßê ìåòàëè âçàºìîä³þòü ç àçîòíîþ êèñëîòîþ? Ðîçâ’ÿçàííÿ. Îêèñíî-â³äíîâí³ ðåàêö³¿ çà ó÷àñòþ àçîòíî¿ êèñëîòè â³äáóâàþòüñÿ çà äîñèòü ñêëàäíèìè ìåõàí³çìàìè. Âîäåíü ïðè öüîìó íå âèä³ëÿºòüñÿ. Öå ïîÿñíþºòüñÿ òèì, ùî ³ç äâîõ ïîòåíö³éíèõ îêèñíèê³â Í+ (ÿê ó áóäü-ÿê³é êèñëîò³) òà N+5 (â í³òðàò-³îí³ NO3-), ñèëüí³øèì º NO3-. 0(NO3-/…) = + (0,8¸1,2) >> 02H+/ Í = 0 (Â) Òîìó àçîòíà êèñëîòà îêèñíþº ìåòàë çà ðàõóíîê NO3-, à íå Í+. Ìîæëèâ³ øëÿõè â³äíîâëåííÿ àçîòíî¿ êèñëîòè ìîæíà ïîäàòè òàêîþ çàãàëüíîþ ñõåìîþ: Ïðèðîäà ïðîäóêò³â â³äíîâëåííÿ àçîòíî¿ êèñëîòè, ¿õ âì³ñò ó ñóì³ø³ çàëåæàòü â³ä àêòèâíîñò³ ìåòàëó, êîíöåíòðàö³¿ ÍNO3 òà òåìïåðàòóðè. Ïðè öüîìó ÷èì ìåíøà êîíöåíòðàö³ÿ êèñëîòè, òèì âèùèé âì³ñò ó ñóì³ø³ ïðîäóêò³â á³ëüø ãëèáîêîãî â³äíîâëåííÿ. Çàïèñ ð³âíÿíü îêèñíî-â³äíîâíèõ ðåàêö³é çà ó÷àñòþ àçîòíî¿ êèñëîòè çäåá³ëüøîãî óìîâíèé, îñê³ëüêè âêàçóþòü ëèøå îäèí ïðîäóêò â³äíîâëåííÿ, âèõ³ä ÿêîãî çà äàíèõ óìîâ º ìàêñèìàëüíèì. Ó êîíöåíòðîâàíèõ ðîç÷èíàõ ÍNO3 ãîëîâíèì ïðîäóêòîì ¿¿ â³äíîâëåííÿ íåçàëåæíî â³ä àêòèâíîñò³ ìåòàëó º NO2. Íàïðèêëàä: Ñu + 4ÍNO3(êîíö) = Ñu(NO3)2 + 2NO2 + 2Í2Î Ox: NO3- + 1ē +2Í+ = NO2+ Í2Î, 0(NO3- / NO2) = 0,80  Ãëèáèíà â³äíîâëåííÿ ÍNO3 ó ðîçâåäåíîìó ðîç÷èí³ çðîñòຠâ ì³ðó ï³äâèùåííÿ àêòèâíîñò³ ìåòàëó. Ìàëîàêòèâí³ ìåòàëè (¿ì â³äïîâ³äàþòü äîäàòí³ ñòàíäàðòí³ åëåêòðîäí³ ïîòåíö³àëè) â³äíîâëþþòü ðîçâåäåíó ÍNO3 äî NO. Íàïðèêëàä: 3Ñu + 8ÍNO3 = 3Ñu(NO3)2 + 2NO + 4Í2Î Ox: NO3- + 3ē + 4Í+ = NO+ Í2Î, 0(NO3- / NO) = 0,96  Àêòèâí³ ìåòàëè (¿ì â³äïîâ³äàþòü â³ä¢ºìí³ ñòàíäàðòí³ åëåêòðîäí³ ïîòåíö³àëè) â³äíîâëþþòü ðîçâåäåíó ÍNO3 ïåðåâàæíî äî N2O òà N2, íàïðèêëàä: 4Zn +10ÍNO3 = 4Zn(NO3)2 + N2O + 5Í2Î Ox: 2NO3- + 8ē +10Í+ = N2O+5Í2Î, 0(2NO - / N2O) = 1,12  5Mg + 12ÍNO3 = 5Mg(NO3)2 + N2 + 6Í2Î Ox: 2NO3- + 10ē +12Í+ = N2+ 6Í2Î, 0(2NO3 - / N2) = 1,25  Äóæå ðîçâåäåíà ÍNO3 íàé÷àñò³øå â³äíîâëþºòüñÿ àêòèâíèìè ìåòàëàìè äî íàéíèæ÷îãî ñòóïåíÿ îêèñíåííÿ àçîòó: 4Mg + 10ÍNO3 = 4Mg(NO3)2 + NÍ4NO3 + 3Í2Î Ox: NO3- + 8ē +10Í+ = NÍ4++3Í2Î, 0(NO3 - / NÍ4+) = 0,87  Êîíöåíòðîâàíà ÍNO3 íà õîëîä³ ïàñèâóº äåÿê³ â³äíîñíî àêòèâí³ ìåòàëè, çîêðåìà – àëþì³í³é, çàë³çî, êîáàëüò, í³êåëü, õðîì òà ¿õí³ ñïëàâè âíàñë³äîê óòâîðåííÿ íà ïîâåðõí³ ì³öíèõ îêñèäíèõ ïë³âîê öèõ ìåòàë³â. Ñë³ä òàêîæ ïàì¢ÿòàòè, ùî ñò³éêèìè â àçîòí³é êèñëîò³ º ò³ëüêè çîëîòî, ïëàòèíà, îñì³é, ³ðèä³é, í³îá³é, òàíòàë, âîëüôðàì. Ïðèêëàä 5. ×îìó çîëîòî íå ðîç÷èíÿºòüñÿ â àçîòí³é ³ ñîëÿí³é êèñëîòàõ, àëå ðîç÷èíÿºòüñÿ â "öàðñüê³é ãîð³ëö³"? Ðîçâ’ÿçàííÿ. "Öàðñüêà ãîð³ëêà" - öå ñóì³ø êîíöåíòðîâàíèõ àçîòíî¿ ³ ñîëÿíî¿ êèñëîò ó ñï³ââ³äíîøåíí³ 1:3. Ó êîæíîìó ç öèõ ðåàãåíò³â, óçÿòèõ îêðåìî, çîëîòî ñò³éêå: ÎÂ-ïîòåíö³àë àçîòíî¿ êèñëîòè (+0,8¸1,2 Â) ³, òèì á³ëüøå, ñîëÿíî¿ (0 Â) íåäîñòàòí³é äëÿ îêèñíåííÿ çîëîòà (+1,50 Â). Ó ïðèñóòíîñò³ ñîëÿíî¿ êèñëîòè êàò³îíè Au3+ óòâîðþþòü êîìïëåêñíèé àí³îí [AuCl4]-. Çà ðàõóíîê öüîãî ÎÂ-ïîòåíö³àë çîëîòà ð³çêî çíèæóºòüñÿ: Au + 4Ñl- - 3ē ® [AuCl4]-, ºRed = +1,00 B ³ ñòຠáëèçüêèì äî ïîòåíö³àëó îêèñíèêà NO3-: NO3- + 4H+ + 3ē ® NO + 2H2O, ºOx = +0,96B. Çàâäÿêè öüîìó "öàðñüêà ãîð³ëêà" ëåãêî ðîç÷èíÿº ïëàòèíó, çîëîòî òà ³íø³ íåàêòèâí³ ìåòàëè, ïåðåòâîðþþ÷è ¿õ íà êîìïëåêñí³ õëîðèäè, ùî ñïðèÿº ïåðåá³ãó ïðîöåñó îêèñíåííÿ ìåòàë³â: Au + HNO3 + 3HÑl = AuÑl3 + NO + 2H2O, AuÑl3 + HÑl «H[AuCl4]. Õî÷à ñòàíäàðòíà ÅÐÑ ñóìàðíî¿ ðåàêö³¿ Au + 4HÑl + HNO3 = H[AuCl4] + NO + 2H2O òðîõè ìåíøà íóëÿ: ź = 0,96-1,00 = -0,04 Â, ó ðåàëüíèõ óìîâàõ (âèñîêà êîíöåíòðàö³ÿ êèñëîòè) ÎÂ-ïîòåíö³àë îêèñíèêà ï³äâèùóºòüñÿ, ³ ðîç÷èíåííÿ çîëîòà ïðîò³êຠç äîñòàòíüîþ øâèäê³ñòþ. ßê âèäíî, ó öüîìó âèïàäêó ñîëÿíà êèñëîòà â³ä³ãðຠðîëü íå îêèñíèêà, à ïîñòà÷àëüíèêà ë³ãàíä³â (Cl-), ùî óòâîðþþòü ç êàò³îíîì Au3+ ì³öíèé êîìïëåêñ. Ó ðåçóëüòàò³ öüîãî â³äíîâíà àêòèâí³ñòü çîëîòà ï³äâèùóºòüñÿ ³ ñòຠäîñòàòíüîþ äëÿ ðåàêö³¿ ³ç ñèëüíèì îêèñíèêîì – àçîòíîþ êèñëîòîþ. Àíàëîã³÷íî â "öàðñüê³é ãîð³ëö³" ðîç÷èíÿþòüñÿ ³ äåÿê³ ³íø³ áëàãîðîäí³ ìåòàëè, íàïðèêëàä, ïëàòèíà: 3Ðt + 4 HNO3 + 18HÑl = 3H2[ÐtCl6] + 4NO + 8H2O. Ïðèêëàä 6. Ó ÷îìó â³äì³íí³ñòü ó 䳿 íà ìåòàëè ðîçâåäåíî¿ ³ êîíöåíòðîâàíî¿ ñ³ð÷àíî¿ êèñëîòè? Ðîçâ’ÿçàííÿ. Ó ñ³ð÷àí³é êèñëîò³ Í2SO4, òàêîæ ÿê ³ â àçîòí³é, äâà ïîòåíö³éíèõ îêèñíèêà: Í+ ³ S+6(ñ³ðêà â ÂÑÎ) ó ñóëüôàò-³îí³ SO42-. Àëå, íà â³äì³íó â³ä HNO3, ó Í2SO4 îêèñíî-â³äíîâí³ ïîòåíö³àëè äâîõ éìîâ³ðíèõ îêèñíèê³â äîñèòü áëèçüê³: º2H+/ Í = 0  ³ 0 (SO42-/…) = (0,17¸0,36)  Òîìó, Í2SO4 ìîæå îêèñíþâàòè àáî çà ðàõóíîê SO42-, àáî çà ðàõóíîê ³îí³â âîäíþ çàëåæíî â³ä êîíöåíòðàö³¿ êèñëîòè òà àêòèâíîñò³ ìåòàëó. Ó ðîçâåäåí³é Í2SO4 îêèñíèêîì º êàò³îíè Í+, òîìó ùî ¿õíÿ êîíöåíòðàö³ÿ â öüîìó âèïàäêó äîñèòü âåëèêà çàâäÿêè âèñîê³é ñòóïåí³ äèñîö³àö³¿ êèñëîòè. Òîìó ðîçâåäåíà êèñëîòà îêèñíþº (ðîç÷èíÿº) ò³ëüêè ò³ ìåòàëè, ùî ðîçì³ùåí³ â ðÿäó åëåêòðîõ³ì³÷íèõ ïîòåíö³àë³â äî âîäíþ (çà óìîâè óòâîðåííÿ ðîç÷èííèõ ñóëüôàò³â): Zn + Í2SO4 = ZnSO4 + Í2. Çàïàì¢ÿòàéòå, ùî ïðîäóêòîì â³äíîâëåííÿ ðîçâåäåíîãî ðîç÷èíó ñ³ð÷àíî¿ êèñëîòè º âîäåíü Í2. Âèñíîâîê. Ðîçâåäåíà Í2SO4 䳺 íà ìåòàëè àíàëîã³÷íî ñîëÿí³é êèñëîò³ (ç âèä³ëåííÿì âîäíþ) ïðè 0(Ìån+/Ìå) < 0. Ó êîíöåíòðîâàí³é Í2SO4 îêèñíèêîì º àí³îíè SO42- (S+6), ÷åðåç âèñîêó êîíöåíòðàö³þ ñóëüôàò-³îí³â ³ ìàëó êîíöåíòðàö³þ ³îí³â Í+. Ïðîäóêòè â³äíîâëåííÿ êîíöåíòðîâàíî¿ Í2SO4 ìîæóòü áóòè ð³çíèìè çàëåæíî â³ä àêòèâíîñò³ ìåòàëó òà óìîâ ïðîâåäåííÿ ïðîöåñó. Ïîñë³äîâíå â³äíîâëåííÿ êîíöåíòðîâàíî¿ ñ³ð÷àíî¿ êèñëîòè ³ îñíîâí³ ôîðìè ïðîäóêò³â ðåàêö³¿ ìîæíà ïîäàòè íèæ÷åíàâåäåíîþ çàãàëüíîþ ñõåìîþ.  ðàç³ âçàºìî䳿 ç ìàëîàêòèâíèìè ìåòàëàìè êîíöåíòðîâàíà Í2SO4 â³äíîâëþºòüñÿ äî SO2. Äî ìàëîàêòèâíèõ ìåòàë³â óìîâíî ìîæíà â³äíåñòè ìåòàëè, ùî ðîçòàøîâàí³ â ðÿäó íàïðóã ïî÷èíàþ÷è ïðèáëèçíî ç êàäì³þ. Ñu + Í2SO4(êîíö) = ÑuSO4 + SO2+ 2Í2Î Îx: SO42- + 2ē + 4Í+ = SO2+ 2Í2Î, º (SO42-/ SO2) = 0,17  Á³ëüø àêòèâí³ ìåòàëè â³äíîâëþþòü êîíöåíòðîâàíó Í2SO4 äî åëåìåíòàðíî¿ ñ³ðêè, àáî íàâ³òü äî Í2S. Íàé÷àñò³øå óòâîðþºòüñÿ ñóì³ø ïðîäóêò³â â³äíîâëåííÿ ñ³ð÷àíî¿ êèñëîòè. Íàïðèêëàä, ï³ä ÷àñ âçàºìî䳿 öèíêó ç Í2SO4(êîíö) â³äáóâàþòüñÿ ïåðåâàæíî äâ³ ðåàêö³¿: 3Zn + 4Í2SO4(êîíö) = 3ZnSO4 + S¯ + 4Í2Î Îx: SO42- + 6ē + 8Í+ = S¯+ 4Í2Î, º (SO42-/ S) = 0,36  4Zn + 5Í2SO4(êîíö) = 4ZnSO4 + Í2S + 4Í2Î Îx: SO42- + 8ē + 10Í+ = Í2S+ 4Í2Î, º (SO42-/Í2S)= 0,15 Â
çá³ëüøåííÿ àêòèâíîñò³ ìåòàëó
Âíàñë³äîê ïàñèâàö³¿ çíà÷íà ÷àñòèíà ìåòàë³â (îñîáëèâî d -åëåìåíò³â) ïðàêòè÷íî íå ðîç÷èíÿºòüñÿ ó êîíöåíòðîâàí³é Í2SO4. Äî íèõ â³äíîñÿòüñÿ: Al, Fe, Cr, òîùî. Ó êîíöåíòðîâàí³é ñ³ð÷àí³é êèñëîò³ íå ðîç÷èíÿþòüñÿ òàêîæ áëàãîðîäí³ ìåòàëè (Au, Pt òîùî). Âèñíîâîê. Ãëèáèíà â³äíîâëåííÿ SO42- ïðè ðîç÷èíåíí³ ìåòàë³â ó êîíöåíòðîâàí³é Í2SO4 çì³íþºòüñÿ â çàëåæíîñò³ â³ä àêòèâíîñò³ ìåòàëó ³ òåìïåðàòóðè: SO42- + 4Í+ + 2ē ® SO2 + 2Í2Î (ç ìàëîàêòèâíèìè Ìå), SO42- + 8Í+ + 6ē ® S + 4Í2Î (ç á³ëüø àêòèâíèìè Ìå), SO42- + 10Í++8ē ® Í2S+ 4Í2Î(ç íàéá³ëüø àêòèâíèìè Ìå).
ÄÎÌÀØͪ ÇÀÂÄÀÍÍß 1. Îõàðàêòåðèçóéòå õ³ì³÷íå â³äíîøåííÿ êàëüö³þ, öèíêó, ì³ä³ ³ ñâèíöþ äî âîäè ³ ðîç÷èíó ëóãó. Ïðèâåä³òü ð³âíÿííÿ â³äïîâ³äíèõ ðåàêö³é. ×è ïðèïóñòèìî çàñòîñóâàííÿ ñâèíöþ äëÿ âèãîòîâëåííÿ âîäîïðîâ³äíèõ òðóá? 2. ×îìó ðîç÷èíè ëóã³â íå ìîæíà çáåð³ãàòè â àëþì³í³ºâ³é òàð³? Îá´ðóíòóéòå â³äïîâ³äü ð³âíÿííÿìè ðåàêö³é, ùî â³äáóâàþòüñÿ. 3. Ó ÿê³é êèñëîò³ ìîæíà ðîç÷èíèòè ñð³áëî? À ïëàòèíó? Ñêëàä³òü ð³âíÿííÿ ðåàêö³é ðîç÷èíåííÿ.
Ó çàäà÷àõ 4 – 7 ñêëàä³òü ð³âíÿííÿ âçàºìî䳿 âêàçàíîãî ìåòàëó ç ñîëÿíîþ, ñ³ð÷àíîþ (ðîçâåäåíîþ ³ êîíöåíòðîâàíîþ) ³ àçîòíîþ (ðîçâåäåíîþ ³ êîíöåíòðîâàíîþ) êèñëîòàìè. 4. Ìàãí³é. 5. Çàë³çî. 6. ̳äü. 7. Ðòóòü. 8. ßêèìè ðåàãåíòàìè (êèñëîòàìè ³ ëóãàìè) ³ â ÿê³é ïîñë³äîâíîñò³ òðåáà îáðîáèòè ïîðîøêîïîä³áíó ñóì³ø àëþì³í³þ, í³êåëþ ³ ì³ä³, ùîá îäåðæàòè ðîç÷èíè, ùî ì³ñòÿòü ò³ëüêè îäèí ³ç öèõ ìåòàë³â? 9. Âèçíà÷òå ìàñîâ³ ÷àñòêè êîìïîíåíò³â ñóì³ø³, ùî ñêëàäàºòüñÿ ç ïîðîøê³â àëþì³í³þ, ìàãí³þ ³ ì³ä³, ÿêùî ïðè îáðîáö³ ñóì³ø³ ìàñîþ 2,5 ã íàäëèøêîì ðîç÷èíó ã³äðîêñèäó íàòð³þ âèä³ëèëîñÿ 1,12 ë âîäíþ, à ïðè îáðîáö³ òàêî¿ æ ìàñè ñóì³ø³ ñîëÿíîþ êèñëîòîþ âèä³ëèëîñÿ 2,24 ë âîäíþ (í.ó.). ³äïîâ³äü: 36%Al, 48%Mg,16%Cu. 10. Ïðè âçàºìî䳿 8 ã ïîðîøêîïîä³áíî¿ ñóì³ø³ çàë³çà ³ ìàãí³þ ³ç ñîëÿíîþ êèñëîòîþ, âèä³ëèëîñÿ 4,48 ë âîäíþ (í.ó.). ßêà ìàñîâà ÷àñòêà çàë³çà â ñóì³ø³? ³äïîâ³äü: 70%. 15. Å Ë Å Ê Ò Ð Î Ë ² Ç Ìåòà âèâ÷åííÿ òåìè: - âèçíà÷àòè ìîæëèâ³ñòü ³ ïîñë³äîâí³ñòü ïåðåá³ãó ïðîöåñ³â åëåêòðîë³çó; - ñêëàäàòè ð³âíÿííÿ êàòîäíèõ ³ àíîäíèõ ïðîöåñ³â, à òàêîæ çàãàëüíó ñõåìó åëåêòðîë³çó ðîçïëàâ³â ³ âîäíèõ ðîç÷èí³â åëåêòðîë³ò³â ç íåðîç÷èííèì ³ ðîç÷èííèì àíîäàìè; - âèêîíóâàòè ðîçðàõóíêè ê³ëüêîñò³, ìàñè ³ îᢺìó ðå÷îâèí, ÿê³ îòðèìóþòü ïðè åëåêòðîë³ç³. Åëåêòðîë³çîì íàçèâàþòü ñóêóïí³ñòü îêèñíî-â³äíîâíèõ òà ³íøèõ ô³çèêîõ³ì³÷íèõ ïðîöåñ³â, ÿê³ â³äáóâàþòüñÿ ïðè ïðîïóñêàíí³ êð³çü ðîç÷èí àáî ðîçïëàâ åëåêòðîë³òó ïîñò³éíîãî åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Åëåêòðîë³ç ïðîâîäèòüñÿ ó åëåêòðîë³çåðàõ, îñíîâíèìè ñêëàäîâèìè ÷àñòèíàìè ÿêèõ º åëåêòðîäè ³ âàííà, ó ÿê³é çíàõîäèòüñÿ ³îííèé ïðîâ³äíèê – åëåêòðîë³ò (ðèñ.1). Íà åëåêòðîä, ùî 確äíàíèé ³ç íåãàòèâíèì ïîëþñîì çîâí³øíüîãî äæåðåëà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó, íàäõîäÿòü åëåêòðîíè. Òîìó íà öüîìó åëåêòðîä³ â³äáóâàºòüñÿ ïðîöåñ â³äíîâëåííÿ. Öå – êàòîä. Íà äðóãîìó åëåêòðîä³, ùî 確äíàíèé ³ç ïîçèòèâíèì ïîëþñîì, ïåðåá³ãຠïðîöåñ îêèñíåííÿ. Öå – àíîä. Ïåðåá³ã ïðîöåñó åëåêòðîë³çó ìîæëèâèé çà óìîâîþ, ùî íàïðóãà çîâí³øíüîãî äæåðåëà ïåðåâèùóº äåÿêó ì³í³ìàëüíó âåëè÷èíó (íàïðóãó ðîçêëàäó). Íàïðóãà ðîçêëàäó çàëåæèòü ïåðø çà âñå â³ä ïðèðîäè åëåêòðîë³òó ³ äîð³âíþº ð³çíèö³ Å ì³æ ð³âíîâàæíèìè ïîòåíö³àëàìè åëåêòðîä³â (àáî ³íøèìè ñëîâàìè – ÅÐÑ ãàëüâàí³÷íîãî åëåìåíòà, ÿêèé óòâîðþºòüñÿ ïðè åëåêòðîë³ç³). Çà ðåàëüíèõ óìîâ íàïðóãà åëåêòðîë³çó ïåðåâèùóº Å çà ðàõóíîê ïîëÿðèçàö³é êàòîäà D jê ³ àíîäà D jà, à òàêîæ îì³÷íîãî ïàä³ííÿ íàïðóãè íà ïðîâ³äíèêàõ ïåðøîãî òà äðóãîãî ðîäó â åëåêòðè÷íîìó êîë³: U = E + ½ D jê½+½ D jà½+ I× (r 1 + r 2) äå I – åëåêòðè÷íèé ñòðóì, À; r 1 ³ r 2 – åëåêòðè÷íèé îï³ð ïðîâ³äíèê³â ïåðøîãî ³ äðóãîãî ðîäó â³äïîâ³äíî, Îì. Êàòîäí³ ïðîöåñè. Íà êàòîä³ â³äíîâëþþòüñÿ êàò³îíè àáî íåéòðàëüí³ ìîëåêóëè, ùî çíàõîäÿòüñÿ á³ëÿ íüîãî. Íàïðèêëàä: Cu2++ 2 ē ® Cu, Fe3++ ē ® Fe2+, 2H2O + 2 ē ® H2 + 2OH-. Òåðìîäèíàì³÷íó óìîâó â³äíîâëåííÿ ÷àñòèíîê íà êàòîä³ ìîæíà ñôîðìóëþâàòè, ÿêùî çâàæèòè, ùî êàòîä 䳺 ÿê â³äíîâíèê. Îòæå, óìîâîþ ïåðåá³ãó êàòîäíîãî ïðîöåñó º íåð³âí³ñòü: jOx > jêàòîä, äå Îõ – ÷àñòèíêà ç îêèñíèìè âëàñòèâîñòÿìè, ùî â³äíîâëþºòüñÿ íà êàòîä³. Êîëè â ðîç÷èí³ ÷è ðîçïëàâ³ º äåê³ëüêà çäàòíèõ äî â³äíîâëåííÿ ÷àñòèíîê, òî íà êàòîä³ â ïåðøó ÷åðãó â³äíîâëþâàòèìóòüñÿ ò³ ç íèõ, ÿê³ º ñèëüí³øèìè îêèñíèêàìè ³ òîìó ìàþòü á³ëüø³ çíà÷åííÿ ÎÂ-ïîòåíö³àë³â. Ïðèêëàä 1.  ÿê³é ïîñë³äîâíîñò³ áóäóòü âèä³ëÿòèñÿ íà êàòîä³ ìåòàëè ïðè åëåêòðîë³ç³ ðîçïëàâó, ùî ì³ñòèòü êàò³îíè Na+ ³ Al3+? Ðîçâ’ÿçàííÿ. Ðîçòàøóºìî ÎÂ-ñèñòåìè, ùî â³äïîâ³äàþòü âêàçàíèì êàò³îíàì, ó ïîðÿäêó çìåíøåííÿ ¿õ ÎÂ-ïîòåíö³àë³â:
Ñàìå ó òàêîìó ïîðÿäêó ÷àñòèíêè áóäóòü â³äíîâëþâàòèñÿ íà êàòîä³ ïðè ï³äâèùåíí³ íàïðóãè â³ä çîâí³øíüîãî äæåðåëà ³ â³äïîâ³äíîìó çìåíøåíí³ êàòîäíîãî ïîòåíö³àëó. Ñïî÷àòêó â³äíîâëþºòüñÿ àëþì³í³é: Al3+ + 3 ē ® Al Ëèøå ï³ñëÿ ïðàêòè÷íî ïîâíîãî îñàäæåííÿ àëþì³í³þ íà êàòîä³ ïî÷íåòüñÿ âèä³ëåííÿ íàòð³þ: Na+ + ē ® Na  âîäíèõ ðîç÷èíàõ ñë³ä âðàõîâóâàòè ìîæëèâ³ñòü êàòîäíîãî â³äíîâëåííÿ ³îí³â âîäíþ ÷è ìîëåêóë âîäè: 2H+ + 2 ē ® H2 2H2O + 2 ē ® H2 + 2OH- ßêùî çâàæèòè íà òå, ùî êîíöåíòðàö³¿ ìîëåêóë Í2Î ³ ³îí³â H+ ïîâ'ÿçàí³ ð³âíîâàãîþ ïðîöåñó àâòîäèñîö³àö³¿ âîäè H2O «H+ + OH-, ëåãêî çðîçóì³òè, ùî îáîì íàâåäåíèì ð³âíÿííÿì â³äïîâ³äຠòà ñàìà ÎÂ-ñèñòåìà, ïîòåíö³àë ÿêî¿ çàëåæèòü â³ä êîíöåíòðàö³¿ ³îí³â âîäíþ, òîáòî âåëè÷èíè ðÍ (ðèñ.2). Çà ð³âíÿííÿì Íåðíñòà ìîæíà ðîçðàõóâàòè: j(2H+/H2) = – 0,059 ðÍ ³ ó íåéòðàëüíîìó ñåðåäîâèù³ j(2H+/H2) = – 0,41 Â. Ïðè òèõ âåëè÷èíàõ ãóñòèíè ñòðóìó, ùî ðåàëüíî çàñòîñîâóþòü ïðè åëåêòðîë³ç³, ñòຠïîì³òíîþ ïîëÿðèçàö³ÿ åëåêòðîä³â.Ïîëÿðèçàö³ÿ åëåêòðîäà, íà ÿêîìó âèä³ëÿºòüñÿ ãàç, çâè÷àéíî çíà÷íî á³ëüøà, í³æ ïðè âèä³ëåíí³ ìåòàëó. Òîìó ïðè ï³äâèùåíí³ ñòðóìó ïîòåíö³àë â³äíîâëåííÿ âîäè çíà÷íî çìåíøóºòüñÿ (ðèñ.2). Âðàõîâóþ÷è íà ìîæëèâ³ çì³íè ÎÂ-ïîòåíö³àë³â (âíàñë³äîê ïîëÿðèçàö³¿, çì³íè ðÍ, êîíöåíòðàö³¿ ³îí³â òîùî) ìåòàëè óìîâíî ïîä³ëÿþòü íà òàê³ òðè ãðóïè â³äíîñíî çäàòíîñò³ ¿õ êàò³îí³â äî êàòîäíîãî â³äíîâëåííÿ ³ç âîäíèõ ðîç÷èí³â. Ïåðøó ãðóïó ñêëàäàþòü ìåòàëè ç ïîòåíö³àëàìè çíà÷íî ìåíøèìè çà ð³âíîâàæíèé ïîòåíö³àë âîäíåâîãî åëåêòðîäà ó âîä³ (–0,41 Â). Äî íèõ â³äíîñÿòü ìåòàëè â³ä ïî÷àòêó ðÿäó ³ ïðèáëèçíî äî Al âêëþ÷íî. Òàê³ ìåòàëè íå âèä³ëÿþòüñÿ íà êàòîä³ ïðè åëåêòðîë³ç³ âîäíèõ ðîç÷èí³â, òîìó ùî ¿õ ïîòåíö³àëè çàâæäè ìåíø³ çà ïîòåíö³àë âîäè (j(Men+/Me)< j(2H+/H2)), íàâ³òü ÿêùî çâàæàòè íà çíà÷íó ïîëÿðèçàö³þ åëåêòðîä³â àáî ìîæëèâ³ çì³íè ³íøèõ ôàêòîð³â, ùî âïëèâàþòü íà âåëè÷èíè ÎÂ-ïîòåíö³àë³â. Íà êàòîä³ â³äíîâëþºòüñÿ âîäà ç âèä³ëåííÿì âîäíþ. Ó äðóãó ãðóïó ïîïàäàþòü ìåòàëè ç ïîòåíö³àëàìè, ùî òðîõè á³ëüø³ àáî ìåíø³ çà ð³âíîâàæíèé ïîòåíö³àë âîäè (–0,41 Â). Âîíè ñòîÿòü â åëåêòðîõ³ì³÷íîìó ðÿäó ïðèáëèçíî ì³æ àëþì³í³ºì ³ âîäíåì. Çì³íà êîíöåíòðàö³¿ ³îíà Ìå n +, ðÍ ðîç÷èíó, ïîëÿðèçàö³ÿ åëåêòðîä³â ïðè ð³çí³é ãóñòèí³ ñòðóìó ìîæóòü çì³íèòè ñï³ââ³äíîøåííÿ ì³æ âåëè÷èíàìè ïîòåíö³àë³â ³îí³â âîäíþ ³ êàò³îí³â ìåòàëó (j(Men+/Me)< j(2H+/H2) àáî j(Men+/Me)> j(2H+/H2)). Îòæå, ïðè åëåêòðîë³ç³ âîäíèõ ðîç÷èí³â, ùî ì³ñòÿòü êàò³îíè ìåòàë³â äðóãî¿ ãðóïè, â çàëåæíîñò³ â³ä óìîâ ïðîöåñó íà êàòîä³ ìîæå âèä³ëÿòèñÿ ò³ëüêè âîäåíü, àáî îäíî÷àñíî âîäåíü ³ ìåòàë, àáî ò³ëüêè ìåòàë. Òðåòþ ãðóïó ñòàíîâëÿòü ìåòàëè, ïîòåíö³àëè ÿêèõ çíà÷íî á³ëüø³ çà ïîòåíö³àë âîäíåâîãî åëåêòðîäà. Äî íèõ â³äíîñÿòü ìåòàëè, ùî ñòîÿòü â åëåêòðîõ³ì³÷íîìó ðÿäó çà âîäíåì. Çì³íè óìîâ åëåêòðîë³çó íå ñïðîìîæí³ çì³íèòè ñï³ââ³äíîøåííÿ ì³æ ïîòåíö³àëàìè ìåòàë³â ³ âîäè: j(Men+/Me) > j(2H+/H2). Òîìó íà êàòîä³ çà áóäü ÿêèõ óìîâ â³äíîâëþºòüñÿ ìåòàë: Ìå n + + nē ® Me. Àíîäí³ ïðîöåñè. Àíîä 䳺 ÿê îêèñíèê, ùî ïðèéìຠåëåêòðîíè â³ä ÷àñòèíîê åëåêòðîë³òó ³ ÷åðåç çîâí³øíº êîëî ïåðåäຠ¿õ äî ïîçèòèâíîãî ïîëþñà äæåðåëà ñòðóìó. Íàïðèêëàä: 2Ñl- - 2 ē ® Cl2, 2H2O - 4 ē ® O2 + 4H+, 2SO42- – 2 ē ® S2O82-.
Îòæå, óìîâîþ ïåðåá³ãó àíîäíîãî ïðîöåñó º òàêà íåð³âí³ñòü: jRed < jàíîä, äå Red – ÷àñòèíêà ç â³äíîâíèìè âëàñòèâîñòÿìè, ÿêà îêèñíþºòüñÿ íà àíîä³. ßêùî â åëåêòðîë³ò³ º ê³ëüêà çäàòíèõ äî îêèñíåííÿ ÷àñòèíîê, òî ïðè ïîñòóïîâîìó ï³äâèùåíí³ çîâí³øíüî¿ íàïðóãè ³ â³äïîâ³äíî ïîòåíö³àëà àíîäà â ïåðøó ÷åðãó îêèñíþþòüñÿ ò³ ç íèõ, ÿê³ º ñèëüí³øèìè â³äíîâíèêàìè ³ ìàþòü ìåíø³ ÎÂ-ïîòåíö³àëè. Ñë³ä ìàòè íà óâàç³, ùî ï³ä ÷àñ åëåêòðîë³çó ìîæå îêèñíþâàòèñü ³ ìàòåð³àë àíîäà, ÿêùî éîãî ÎÂ-ïîòåíö³àë íå äîñèòü âèñîêèé. Òîìó ðîçð³çíÿþòü åëåêòðîë³ç ³ç ³íåðòíèì ³ àêòèâíèì àíîäîì. Äëÿ ³íåðòíèõ àíîä³â, ùî íå îêèñíþþòüñÿ ïðè åëåêòðîë³ç³, íàé÷àñò³øå âèêîðèñòîâóþòü ãðàô³ò àáî òàê³ áëàãîðîäí³ ìåòàëè ÿê ïëàòèíà. Àêòèâí³ àáî ðîç÷èíí³ àíîäè âèãîòîâëÿþòü ç ìåíø ñò³éêèõ ìåòàë³â, òàêèõ ÿê Fe, Ni, Cu òà ³íøèõ, çäàòíèõ îêèñíþâàòèñü ï³ä ÷àñ åëåêòðîë³çó. ϳä ÷àñ åëåêòðîë³çó âîäíèõ ðîç÷èí³â ñë³ä âðàõîâóâàòè ìîæëèâ³ñòü àíîäíîãî îêèñíåííÿ ã³äðîêñèä-àí³îí³â àáî âîäè: 4ÎH- - 4 ē ® Î2 + 2Í2Î 2H2O - 4 ē ® Î2 + 4H+ Äâà íàâåäåíèõ ð³âíÿííÿ â³äîáðàæàþòü äâà ìîæëèâ³ ìåõàí³çìè îêèñíåííÿ â ò³é ñàì³é ÎÂ-ñèñòåì³, ïîòåíö³àë ÿêî¿ òàê çàëåæèòü â³ä âåëè÷èíè ðÍ ñåðåäîâèùà (ðèñ.2): j(ÎH-/Î2) = 1,23 – 0,059 ðÍ Ó íåéòðàëüíîìó ñåðåäîâèù³ (ðÍ =7): j(ÎH-/Î2) = 0,82 Â. Çäàòí³ñòü áàãàòüîõ àíîäíèõ ðåàêö³é äî çíà÷íî¿ ïîëÿðèçàö³¿ óòðóäíþº ¿õ àíàë³ç íà îñíîâ³ ð³âíîâàæíèõ ÎÂ-ïîòåíö³àë³â.  áàãàòüîõ âèïàäêàõ ìîæíà êîðèñòóâàòèñÿ òàêîþ ñïðîùåíîþ ñõåìîþ ïîñë³äîâíîñò³ àíîäíèõ ïðîöåñ³â: à) ßêùî àíîä ðîç÷èííèé, â³í îêèñíþºòüñÿ ó ïåðøó ÷åðãó: Me - nē ® Me n + á) ϳä ÷àñ åëåêòðîë³çó âîäíèõ ðîç÷èí³â ³ç ³íåðòíèì àíîäîì íà àíîä³ ñïî÷àòêó îêèñíþþòüñÿ òàê³ îäíîàòîìí³ àí³îíè ÿê S2-, I-, Br-, CI-: S2- – 2ē ® S ³ ò.ä. Âîíè ìàþòü ïîòåíö³àëè ó ìåæàõ â³ä –0,5 äî +1,4  ³ ïîëÿðèçóþòüñÿ çíà÷íî ìåíøå âîäè. â) Çà â³äñóòí³ñòþ àáî ï³ñëÿ âè÷åðïóâàííÿ îäíîàòîìíèõ àí³îí³â íà àíîä³ îêèñíþºòüñÿ âîäà, ïîòåíö³àë ÿêî¿ âíàñë³äîê ïîëÿðèçàö³¿ äîñÿãຠ1,5  ³ á³ëüøå (ðèñ.2). ã) Àí³îíè êèñíåâì³ñíèõ êèñëîò (SO42-, PO43-, NO3-, ÑO32- òà ³íø³), à òàêîæ ôòîðèä-³îíè F- ìàþòü äóæå âèñîê³ ïîòåíö³àëè ³ ç âîäíèõ ðîç÷èí³â íå îêèñíþþòüñÿ. Íà àíîä³ â³äáóâàºòüñÿ åëåêòðîõ³ì³÷íå îêèñíåííÿ âîäè ç âèä³ëåííÿì ãàçîïîä³áíîãî êèñíþ. Ðîçãëÿä ïðîöåñó åëåêòðîë³çó ðåêîìåíäóºòüñÿ ïðîâîäèòè ó òàê³é ïîñë³äîâíîñò³: à) íàïèñàòè ð³âíÿííÿ ïðîöåñ³â äèñîö³àö³¿ åëåêòðîë³ò³â, âêàçàòè êàò³îíè òà àí³îíè; á) âèçíà÷èòè ÷àñòèíêè, ÿê³ çíàõîäÿòüñÿ á³ëÿ êàòîäà ³ á³ëÿ àíîäà; â) ñêëàñòè ð³âíÿííÿ êàòîäíîãî òà àíîäíîãî ïðîöåñ³â; ã) íàïèñàòè ñóìàðíå ð³âíÿííÿ åëåêòðîë³çó; ä) âèçíà÷èòè ïðîäóêòè, øî íàãðîìàäæóþòüñÿ ï³ä ÷àñ åëåêòðîë³çó â ïðèêàòîäíîìó òà ïðèàíîäíîìó ïðîñòîðàõ. Ïðèêëàä 2. Ñêëàä³òü ñõåìó åëåêòðîë³çó âîäíîãî ðîç÷èíó ñóëüôàòó êàë³þ ç ³íåðòíèì àíîäîì. Ðîçâ’ÿçàííÿ. Ñêëàäàºìî ð³âíÿííÿ ïðîöåñ³â äèñîö³àö³¿ ó ðîç÷èí³, âêàçóºìî ñòð³ëêàìè íàïðÿìîê ì³ãðàö³¿ ³îí³â ³ âèçíà÷àºìî ÷àñòèíêè, ùî çîñåðåäæóºòüñÿ á³ëÿ êàòîäà òà àíîäà: Ñêëàäàºìî ñóìàðíå ð³âíÿííÿ åëåêòðîë³çó: 2H2O + 2ē ® H2 + 2OH- 2 2 2H2O - 4ē ® Î2 + 4H+ 4 1 Äëÿ öüîãî ñêëàäåìî àëãåáðà¿÷íî ïîäâîºíå ð³âíÿííÿ êàòîäíîãî ïðîöåñó ç ð³âíÿííÿì àíîäíîãî ïðîöåñó ³ çâàæèìî, ùî 4H+ + 4OH- ® 4Í2Î. Îòðèìóºìî: 2Í2Î ® 2H2 + O2 Íà ïî÷àòêó ïðîöåñó åëåêòðîë³çó äî âèõîäó íà éîãî ñòàö³îíàðíèé ðåæèì ó ïðîñòîð³ á³ëÿ êàòîäó íàãðîìàäæóþòüñÿ ³îíè K+ ³ OH-. Öå äຠìîæëèâ³ñòü ³ç ïðèêàòîäíîãî ïðîñòîðó îäåðæóâàòè ã³äðîêñèä êàë³þ. Àíàëîã³÷íî âèçíà÷àºìî, ùî ç ïðèàíîäíîãî ïðîñòîðó ìîæíà îäåðæóâàòè ðîçâåäåíó ñ³ð÷àíó êèñëîòó. Ïðèêëàä 3. Ñõåìà åëåêòðîë³çó âîäíîãî ðîç÷èíó CuI2 ç ãðàô³òîâèì àíîäîì. Ðîçâ’ÿçàííÿ. Ðîçãëÿäàºìî ïðîöåñ åëåêòðîë³çó çà òàêîþ æ ñõåìîþ, ÿê ³ â ïîïåðåäíüîìó ïðèêëàä³:
Íà êàòîä³ â³äíîâëþþòüñÿ êàò³îíè ì³ä³ (òðåòÿ ãðóïà êàò³îí³â). Êàòîä âêðèâàºòüñÿ ì³ääþ. Íà àíîä³ îêèñíþþòüñÿ éîäèä-³îíè, âèä³ëÿºòüñÿ éîä. Ñóìàðíå ð³âíÿííÿ åëåêòðîë³çó: CuI2 ® Cu2+ + 2I- ® Cu + I2 Çà ðàõóíîê ì³ãðàö³¿ ³îí³â â ïðèêàòîäíîìó ïðîñòîð³ çá³ëüøóºòüñÿ êèñëîòí³ñòü (ðÍ çìåíøóºòüñÿ), à á³ëÿ àíîäà çðîñòຠëóæíèé õàðàêòåð ðîç÷èíó (ðÍ çðîñòàº). Ïðèêëàä 4. ßê ïåðåá³ãຠåëåêòðîë³ç âîäíîãî ðîç÷èíó CuI2 ç ì³äíèì àíîäîì? Ðîçâ’ÿçàííÿ. ̳äíèé åëåêòðîä ðîç÷èííèé. Òîìó íà àíîä³ îêèñíþºòüñÿ ì³äü, à êàòîäíèé ïðîöåñ òàêèé æå, ÿê ³ â ïîïåðåäíüîìó ïðèêëàä³.
Ñóìàðíèé ïðîöåñ ïîëÿãຠâ ïåðåíîñ³ ì³ä³ ç àíîäà íà êàòîä: Cu(àíîä) ® Cu(êàòîä) Ìàñà àíîäà çìåíøóºòüñÿ, à êàòîäà – çá³ëüøóºòüñÿ. Òàêèé ïðîöåñ âèêîðèñòîâóþòü äëÿ î÷èùåííÿ (ðàô³íóâàííÿ) ì³ä³ òà ³íøèõ ìåòàë³â. ʳëüê³ñí³ çàêîíè åëåêòðîë³çó áóëè âïåðøå âñòàíîâëåí³ àíãë³éñüêèì ô³çèêîì Ì.Ôàðàäåºì. Ïåðøèé çàêîí Ôàðàäåÿ. Ìàñà ðå÷îâèíè, ùî óòâîðþºòüñÿ íà åëåêòðîä³, ïðÿìî ïðîïîðö³éíà ê³ëüêîñò³ ïðîïóùåíî¿ åëåêòðèêè: m = k× Q = k× I× t äå m – ìàñà ðå÷îâèíè, ùî âèä³ëèëàñÿ íà åëåêòðîä³, ã; k – êîåô³ö³åíò ïðîïîðö³éíîñò³, ÿêèé íàçèâàþòü åëåêòðîõ³ì³÷íèì åêâ³âàëåíòîì, ã/Êë; Q = (I× t) – ê³ëüê³ñòü åëåêòðèêè, Êë; I – ñòðóì, À; t - ÷àñ, ñ. Åëåêòðîõ³ì³÷íèé åêâ³âàëåíò – öå ìàñà ðå÷îâèíè, ùî óòâîðèëàñÿ íà åëåêòðîä³ ïðè ïðîïóñêàíí³ êð³çü åëåêòðîë³ò îäíîãî êóëîíà åëåêòðèêè. Éîãî âåëè÷èíà îá÷èñëþºòüñÿ çà ôîðìóëîþ: k = M åêâ / F äå F – êîíñòàíòà Ôàðàäåÿ; F = 96485 Êë/ìîëü » 96500 Êë/ìîëü. Òîä³ ïåðøèé çàêîí Ôàðàäåÿ ìîæíà âèðàçèòè ôîðìóëîþ: m = (M åêâ/ F) × I× t à äëÿ ãàçîïîä³áíèõ ðå÷îâèí: V = (V åêâ/ F) × I× t äå V åêâ - ìîëÿðíèé îᢺì åêâ³âàëåíò³â ãàçó çà äàíèõ óìîâ. Äðóãèé çàêîí Ôàðàäåÿ. Ïðè ïðîõîäæåíí³ îäí³º¿ ³ ò³º¿ æ ê³ëüêîñò³ åëåêòðèêè ìàñè ð³çíèõ ðå÷îâèí, ùî óòâîðþþòüñÿ íà åëåêòðîäàõ, ïðîïîðö³éí³ ìîëÿðíèì ìàñàì ¿õ åêâ³âàëåíò³â: m (A): m (B) = Ì åêâ(À): Ì åêâ(Â) àáî n åêâ(À) = n åêâ(Â). Ïðèêëàä 5. Ñòðóì ñèëîþ 5À ïðîïóñêàëè êð³çü âîäíèé ðîç÷èí ñóëüôàòó êàë³þ íà ïðîòÿç³ äâîõ ãîäèí. Ðîçðàõóéòå ìàñó âîäíþ ³ îᢺì êèñíþ (í.ó.), ÿê³ âèä³ëèëèñÿ íà åëåêòðîäàõ. Ðîçâ’ÿçàííÿ. Çà ïåðøèì çàêîíîì Ôàðàäåÿ:
Ïðèêëàä 6. Ïðè åëåêòðîë³ç³ âîäíîãî ðîç÷èíó ÑuCI2 íà àíîä³ âèä³ëèëèñÿ 4,48 ë õëîðó (í.ó.). Çíàéä³òü ìàñó ì³ä³, ÿêà âèä³ëèëàñü íà êàòîä³. Ðîçâ’ÿçàííÿ. Çà äðóãèì çàêîíîì Ôàðàäåÿ: n åêâ(CI2) = n åêâ(Cu) àáî çâ³äêè çíàõîäèìî ìàñó ì³ä³, ùî âèä³ëèëàñü íà êàòîä³: ßêùî ïîòåíö³àëè äâîõ àáî ê³ëüêîõ åëåêòðîäíèõ ðåàêö³é îäíàêîâ³ àáî áëèçüê³ çà âåëè÷èíàìè, òî òàê³ ðåàêö³¿ ïåðåá³ãàþòü îäíî÷àñíî. Åëåêòðèêà, ùî ïðîéøëà ÷åðåç ñèñòåìó, âèòðà÷àºòüñÿ íà âñ³ ö³ ðåàêö³¿. Äîëÿ çàãàëüíî¿ ê³ëüêîñò³ åëåêòðèêè, ùî âèòðà÷àºòüñÿ íà âèä³ëåííÿ îäí³º¿ ç ðå÷îâèí, íàçèâàºòüñÿ âèõîäîì çà òîêîì ö³º¿ ðå÷îâèíè: äå Qi – ê³ëüê³ñòü åëåêòðèêè, âèòðà÷åíî¿ íà ïåðåòâîðåííÿ i -òî¿ ðå÷îâèíè, Q – çàãàëüíà ê³ëüê³ñòü åëåêòðèêè, ùî ïðîéøëà êð³çü ðîç÷èí. ÄÎÌÀØͪ ÇÀÂÄÀÍÍß 1. Ñôîðìóëþéòå òåðìîäèíàì³÷íó óìîâó ïåðåá³ãó êàòîäíèõ ïðîöåñ³â. Ó ðîç÷èí³ çíàõîäÿòüñÿ êàò³îíè Hg2+, Cu2+, Zn2+ ³ Au3+ (êîíöåíòðàö³ÿ ¿õ 1 ìîëü/ë). ßê³ ç íèõ áóäóòü â³äíîâëþâàòèñÿ ïðè ïîòåíö³àë³ êàòîäà +0,6 â³äíîñíî ñòàíäàðòíîãî âîäíåâîãî åëåêòðîäà? 2. Ñôîðìóëþéòå òåðìîäèíàì³÷íó óìîâó ïåðåá³ãó àíîäíèõ ïðîöåñ³â. Ó ðîç÷èí³ çíàõîäÿòüñÿ ³îíè Sn2+, CI-, Fe2+, I- (1ìîëü/ë). ßê³ ç íèõ áóäóòü îêèñíþâàòèñÿ íà àíîä³ ïðè ïîòåíö³àë³ +0,6 â³äíîñíî ñòàíäàðòíîãî âîäíåâîãî åëåêòðîäà? 3. ßêà ïîñë³äîâí³ñòü êàòîäíèõ ïðîöåñ³â?  ÿê³é ïîñë³äîâíîñò³ ïðè ïîñòóïîâîìó ï³äâèùåíí³ íàïðóãè áóäóòü âèä³ëÿòèñÿ ìåòàëè ïðè åëåêòðîë³ç³ ðîç÷èíó, ÿêèé ì³ñòèòü â îäíàêîâ³é êîíöåíòðàö³¿ êàò³îíè Ni2+, Ag+, Zn2+, Cu2+? 4. ßêà ïîñë³äîâí³ñòü àíîäíèõ ïðîöåñ³â?  ÿê³é ïîñë³äîâíîñò³ ïðè ïîñòóïîâîìó ï³äâèùåíí³ íàïðóãè áóäóòü îêèñíþâàòèñÿ Fe2+, Sn2+, I-, OH-, ÿêùî êîíöåíòðàö³ÿ ¿õ ó ðîç÷èí³ îäíàêîâà? 5. Ñêëàä³òü ð³âíÿííÿ åëåêòðîäíèõ ðåàêö³é ïðè åëåêòðîë³ç³ âîäíèõ ðîç÷èí³â ôîñôàòó êàë³þ ³ õëîðèäó íàòð³þ ç íåðîç÷èííèìè àíîäàìè. 6. Ñêëàä³òü ð³âíÿííÿ åëåêòðîäíèõ ðåàêö³é ïðè åëåêòðîë³ç³ âîäíîãî ðîç÷èíó ñóëüôàòó í³êåëþ(II): à) ç íåðîç÷èííèì àíîäîì, á) ç í³êåëåâèì àíîäîì. 7. Ðîçðàõóéòå ìàñó ðå÷îâèíè, ÿêà ðîçêëàëàñü ïðè åëåêòðîë³ç³ âîäíîãî ðîç÷èíó ñóëüôàòó êàë³þ ç íåðîç÷èííèì àíîäîì, à òàêîæ îᢺì Î2, ìàñó ÊÎÍ ³ Í2SO4, ùî áóëè îòðèìàí³ ïðè åëåêòðîë³ç³, ÿêùî íà êàòîä³ âèä³ëèëîñü 1,12 ë Í2, âèì³ðÿíîãî çà íîðìàëüíèõ óìîâ. ³äïîâ³äü: 2,7 ã; 0,56 ë; 5,6 ã; 4,9 ã. 8. Ïðè åëåêòðîë³ç³ âîäíîãî ðîç÷èíó ñóëüôàòó öèíêó ç íåðîç÷èííèì àíîäîì íà êàòîä³ âèä³ëèëîñü 0,1 ë Í2, âèì³ðÿíîãî çà íîðìàëüíèõ óìîâ. Åëåêòðîë³ç ïðîâîäèëè 2 ãîäèíè ïðè ñòðóì³ â 2,5À. Âèçíà÷òå âèõ³ä çà òîêîì âîäíþ ³ öèíêó. ³äïîâ³äü: 47,9 %; 52,1%. 9. Ñê³ëüêè ÷àñó òðåáà ïðîïóñêàòè ñòðóì ñèëîþ 2,5À êð³çü ðîç÷èí í³òðàòó ñð³áëà, ùîá âèä³ëèòè 15 ã ñð³áëà? ³äïîâ³äü: 5361 ñ = 1 ãîä. 29 õâ. 21 ñ. 10. Ïðè åëåêòðîë³ç³ ðîç÷èíó ñóëüôàòó íàòð³þ íà àíîä³ âèä³ëèëîñü 5,6 ë Î2 (í.ó.). ßêèé îᢺì âîäíþ âèä³ëèâñÿ íà êàòîä³? ³äïîâ³äü: 11,2 ë Í2.
ÒÂÅÐIJÑÒÜ ÂÎÄÈ Ìåòà âèâ÷åííÿ òåìè: - ðîáèòè ðîçðàõóíêè, ïîâ'ÿçàí³ ç âèçíà÷åííÿì òà óñóíåííÿì òâåðäîñò³ âîäè; - ñêëàäàòè ð³âíÿííÿ ðåàêö³é óñóíåííÿ òèì÷àñîâî¿ òâåðäîñò³ ïðè êèï'ÿò³íí³, äîäàâàíí³ ãàøåíîãî âàïíà ³ ñîäè, ð³âíÿííÿ ðåàêö³é óñóíåííÿ ïîñò³éíî¿ òâåðäîñò³ âîäè ìåòîäîì îñàäæåííÿ. ×åðåç øèðîêó ïîøèðåí³ñòü êàëüö³þ ³ ìàãí³þ â ïðèðîä³, ¿õ ñîë³ ìàéæå çàâæäè óòðèìóþòüñÿ ó ïðèðîäí³é âîä³. Âîäà, ùî ì³ñòèòü ³îíè Ñà2+ ³ Mg2+, íàçèâàºòüñÿ òâåðäîþ. Ðîçð³çíÿþòü òâåðä³ñòü (Ò) íåêàðáîíàòíó (ïîñò³éíó) ³ êàðáîíàòíó (òèì÷àñîâó). Íàÿâí³ñòþ ó ïðèðîäí³é âîä³ ã³äðîêàðáîíàò³â Ñà(ÍÑÎ3)2 ³ Mg(ÍÑÎ3)2 îáóìîâëþºòüñÿ êàðáîíàòíà òâåðä³ñòü âîäè, à íåêàðáîíàòíà – âì³ñòîì õëîðèä³â ³ ñóëüôàò³â ìàãí³þ ³ êàëüö³þ. Êàðáîíàòíà ³ íåêàðáîíàòíà òâåðä³ñòü ñêëàäàþòü çàãàëüíó òâåðä³ñòü âîäè. Òâåðä³ñòü âîäè âèðàæàºòüñÿ â ì³ë³ìîëü-åêâ³âàëåíòàõ íà ë³òð (ììîëü/ë). Êàðáîíàòíó òâåðä³ñòü âîäè âèçíà÷àþòü ìåòîäîì òèòðóâàííÿ êîíêðåòíîãî îᢺìó äîñë³äæóâàíî¿ âîäè ðîç÷èíîì ñîëÿíî¿ êèñëîòè çàäàíî¿ êîíöåíòðàö³¿ â ïðèñóòíîñò³ ³íäèêàòîðà ìåòèëîðàíæó. Òèòðóâàííÿ – îäèí ç ìåòîä³â ê³ëüê³ñíîãî âèçíà÷åííÿ ðå÷îâèíè, ïðè ÿêîìó äî ðîç÷èíó äîñë³äæóâàíî¿ ñïîëóêè ïîâ³ëüíî äîäàþòü ðîç÷èí ðåàêòèâó òî÷íî â³äîìî¿ êîíöåíòðàö³¿ (òèòðàíòó) ó ê³ëüêîñò³, ùî â³äïîâ³äຠâì³ñòó ðå÷îâèíè, ùî âèçíà÷àþòü. Ïðè öüîìó ïðîò³êàþòü ðåàêö³¿: Ñà(ÍÑÎ3)2 + 2HCl = ÑàCl2 + 2H2Î + 2ÑÎ2 Mg(ÍÑÎ3)2+ 2HCl = MgCl2 + 2H2Î + 2ÑÎ2 Ðîçðàõóíîê çà ðåçóëüòàòàìè òèòðóâàííÿ ïðîâîäèòüñÿ çà ôîðìóëîþ: , (1) äå V1 – îᢺì âîäè, ìë; - íîðìàëüí³ñòü ðîç÷èíó ñîëåé ó âîä³; V2 – îᢺì HCl ç íîðìàëüí³ñòþ , ÿêèé ï³øîâ íà òèòðóâàííÿ, ìë. Çâ³äñè: Îñê³ëüêè íîðìàëüí³ñòü âèì³ðÿºòüñÿ ÷èñëîì åêâ³âàëåíò³â, ùî óòðèìóþòüñÿ â 1 ë ðîç÷èíó, à òâåðä³ñòü – ÷èñëîì ì³ë³åêâ³âàëåíò³â, ëåãêî çðîçóì³òè ùî Ò = ñÍ ×103 (ììîëü/ë). Âàðòî ïàì'ÿòàòè, ùî ïðè òèòðóâàíí³ ðîç÷èíîì ñîëÿíî¿ êèñëîòè ìîæíà âèçíà÷èòè êàðáîíàòíó òâåðä³ñòü, àëå íå óñóíóòè ¿¿. Äëÿ âèçíà÷åííÿ çàãàëüíî¿ òâåðäîñò³ âîäó òèòðóþòü ðîç÷èíîì òðèëîíó Á â ïðèñóòíîñò³ ³íäèêàòîðà õðîìó òåìíî-ñèíüîãî. Òðèëîí Á – öå ñêëàäíà îðãàí³÷íà ñïîëóêà, ùî ìຠôîðìóëó: Ðîçðàõóíîê ïðîâîäèòüñÿ òàê, ÿê ³ ó âèïàäêó âèçíà÷åííÿ òèì÷àñîâî¿ òâåðäîñò³. Çàïàì'ÿòàéòå, ùî òèòðóâàííÿì òðèëîíîì Á íå ò³ëüêè âèçíà÷àþòü, àëå é óñóâàþòü òâåðä³ñòü âîäè. Ïðèêëàä 1. Îá÷èñë³òü êàðáîíàòíó òâåðä³ñòü, çíàþ÷è, ùî íà òèòðóâàííÿ 200 ìë âîäè âèòðà÷åíî 15 ìë 0,08 í ðîç÷èíó ñîëÿíî¿ êèñëîòè. Ðîçâ’ÿçàííÿ. Çà ôîðìóëîþ (1) îá÷èñëèìî : 200 × = 15 × 0,08 = 15×0,08 / 200 = 0,006 ìîëü/ë. Çíàþ÷è çàëåæí³ñòü ì³æ Ò ³ ñÍ, îá÷èñëþºìî òâåðä³ñòü âîäè: Ò = × 103 = 0,006 ×103 = 6 ììîëü/ë. Òâåðä³ñòü âîäè ìîæíà îá÷èñëèòè òàêîæ çà ôîðìóëîþ: Ò = m /(Ì åêâ × V), (2) äå m – ìàñà ðå÷îâèíè, ùî çóìîâëþº òâåðä³ñòü âîäè, ìã; Ì åêâ – ìîëüíà ìàñà åêâ³âàëåíò³â ðå÷îâèíè; V- îᢺì ðîç÷èíó, ë. Ïðèêëàä 2. Îá÷èñë³òü òèì÷àñîâó òâåðä³ñòü âîäè, ó 10 ë ÿêî¿ óòðèìóºòüñÿ 1,46 ã ã³äðîêàðáîíàòó ìàãí³þ. Ðîçâ’ÿçàííÿ. Âèçíà÷èìî ìîëüíó ìàñó åêâ³âàëåíò³â Ìg(ÍÑÎ3)2: Ì åêâ(Ìg(ÍÑÎ3)2) = f (Ìg(ÍÑÎ3)2) × Ì(Ìg(ÍÑÎ3)2), äå f - öå ôàêòîð åêâ³âàëåíòíîñò³ (Ìg(ÍÑÎ3)2, à M – ìîëÿðíà ìàñà Ìg(ÍÑÎ3)2, ã/ìîëü. Ì åêâ(Ìg(ÍÑÎ3)2 = ½ ×146 = 73 ã/ìîëü = 73×103 ìã/ìîëü. Çà ôîðìóëîþ (2) îá÷èñëþºìî òâåðä³ñòü âîäè: Ò = 1,46×103 / (73×103 ) = 2 ììîëü/ë. Ùîá óñóíóòè òâåðä³ñòü âîäè, ïîòð³áíî çâ'ÿçàòè ³îíè Ca2+ ³ Mg2+. Òèì÷àñîâó òâåðä³ñòü âîäè ìîæíà óñóíóòè òðèâàëèì êèï'ÿò³ííÿì. Ïðè öüîìó ã³äðîêàðáîíàòè êàëüö³þ ³ ìàãí³þ ðîçêëàäàþòüñÿ, ïåðåòâîðþþ÷èñü â íåðîç÷èíí³ ïðîäóêòè: Ñà(ÍÑÎ3)2 = Ñà ÑÎ3¯ + H2O + ÑÎ2 Ìg(ÍÑÎ3)2 = Ìg(OH)2¯ + 2ÑÎ2 Äëÿ óñóíåííÿ ÿê òèì÷àñîâî¿, òàê ³ ïîñò³éíî¿ òâåðäîñò³ âîäè çàñòîñîâóþòü õ³ì³÷í³ ðå÷îâèíè, ùî ïåðåâîäÿòü ³îíè Ca2+ ³ Mg2+ ó íåðîç÷èíí³ ñïîëóêè. Ö³ ðå÷îâèíè ìîæíà âèáðàòè, êîðèñòóþ÷èñü òàáëèöåþ ðîç÷èííîñò³. Íàïðèêëàä, äóæå ÷àñòî äëÿ ö³º¿ ìåòè âèêîðèñòîâóþòü ñîäó Na2CO3 ³ âàïíî Ca(OH)2. Âàðòî ïàì'ÿòàòè, ùî ðå÷îâèíè ðåàãóþòü â åêâ³âàëåíòíèõ ê³ëüêîñòÿõ, òîìó ôîðìóëó (2) ìîæíà çàñòîñîâóâàòè ³ ïðè ðîçðàõóíêàõ ê³ëüêîñò³ ðå÷îâèíè, ùî âèêîðèñòîâóºòüñÿ äëÿ óñóíåííÿ òâåðäîñò³ âîäè. Ïðèêëàä 3. ßêó ìàñó ñîäè ïîòð³áíî äîäàòè äî 500 ë âîäè, ùîá óñóíóòè ¿¿ òâåðä³ñòü, ð³âíó 5 ììîëü/ë. Ðîçâ’ÿçàííÿ. Îá÷èñëèìî ìîëüíó ìàñó åêâ³âàëåíò³â ñîäè: Ì åêâ(Na2CO3) = f × M = ½ ×106 = 53 ã/ìîëü, äå M – ìîëüíà ìàñà ñîäè, ã/ìîëü. ϳäñòàâëÿþ÷è ÷èñëîâ³ çíà÷åííÿ ó ôîðìóëó (2), çíàõîäèìî ìàñó ñîäè, ùî íåîáõ³äíà äëÿ óñóíåííÿ òâåðäîñò³ âîäè: m = Ò × Ì åêâ×V = 5 × 53 × 500 = 132500 ìã = 132,5 ã.
ÄÎÌÀØͪ ÇÀÂÄÀÍÍß 1. ßêó ìàñó Na3PO4 ïîòð³áíî äîäàòè äî 500 ë âîäè, ùîá óñóíóòè ¿¿ êàðáîíàòíó òâåðä³ñòü, ùî äîð³âíþº 5 ììîëü/ë? ³äïîâ³äü: 136,7 ã. 2. Òâåðä³ñòü øàõòíî¿ âîäè – 10 ììîëü/ë. ßêó ìàñó ñîäè Na2CO3 òðåáà äîäàòè äî 1ì3 âîäè, ùîá òâåðä³ñòü ¿¿ ïîíèçèëàñÿ äî 3 ììîëü/ë? ³äïîâ³äü: 371 ã. 3. Äî 100 ë òâåðäî¿ âîäè äîäàëè 12,95 ã ã³äðîêñèäó êàëüö³þ. ßê ïîíèçèëàñÿ êàðáîíàòíà òâåðä³ñòü âîäè? ³äïîâ³äü: 3,5 ììîëü/ë. 4. ×îìó äîð³âíþº òâåðä³ñòü âîäè, ÿêùî äëÿ ¿¿ óñóíåííÿ äî 50 ë âîäè òðåáà áóëî äîäàòè 21,2 ã êàðáîíàòó íàòð³þ? ³äïîâ³äü: 8 ììîëü/ë. 5. Òâåðä³ñòü âîäè, ó ÿê³é ðîç÷èíåíèé ò³ëüêè ã³äðîêàðáîíàò êàëüö³þ, äîð³âíþº 4 ììîëü/ë. ßêèé îᢺì 0,1í ðîç÷èíó HCl ïîòð³áåí äëÿ ðåàêö³¿ ç ã³äðîêàðáîíàòîì êàëüö³þ, ùî óòðèìóºòüñÿ â 75 ìë ö³º¿ âîäè? ³äïîâ³äü: 3 ìë. 6. Îá÷èñë³òü êàðáîíàòíó òâåðä³ñòü âîäè, çíàþ÷è, ùî íà òèòðóâàííÿ 100 ìë ö³º¿ âîäè, ùî ì³ñòèòü ã³äðîêàðáîíàò êàëüö³þ, ïîòð³áíî 6,25 ë 0,08 í ðîç÷èíó HCl? ³äïîâ³äü: 5 ììîëü/ë. 7. Äëÿ íåéòðàë³çàö³¿ 200 ìë øàõòíî¿ âîäè âèòðà÷åíî 20 ìë 0,1 í ðîç÷èíó HCl. ßêà êàðáîíàòíà òâåðä³ñòü øàõòíî¿ âîäè? ³äïîâ³äü: 10 ììîëü/ë. 8. Íàïèø³òü ð³âíÿííÿ ðåàêö³é ó ìîëåêóëÿðíîìó é ìîëåêóëÿðíî-³îííîìó âèãëÿä³: Ñà(ÍÑÎ3)2 + Na2CO3 ®... Ñà(ÍÑÎ3)2 + Ñà(OH)2 ®... MgSO4 + Na2SiO3 ®... MgCl2 + Na3PO4 ®... 9. Ó 600 ë âîäè çíàõîäèòüñÿ 65,7 ã ã³äðîêàðáîíàòó ìàãí³þ ³ 61,2 ã ñóëüôàòó êàëüö³þ. Îá÷èñë³òü òâåðä³ñòü âîäè. ³äïîâ³äü: 3 ììîëü/ë. 10. ßê³ ³îíè òðåáà âèäàëèòè ç ïðèðîäíî¿ âîäè, ùîá çðîáèòè ¿¿ ì'ÿêîþ? Ââåäåííÿì ÿêèõ ³îí³â ìîæíà óìÿã÷èòè âîäó? Ñêëàä³òü ð³âíÿííÿ â³äïîâ³äíèõ ðåàêö³é. ßêó ìàñó Ca(OH)2 òðåáà äîäàòè äî 2,5 ë âîäè, ùîá óñóíóòè ¿¿ òâåðä³ñòü, ð³âíó 4,43 ììîëü/ë? ³äïîâ³äü: 0,406 ã.
Ìåòîäè÷í³ âêàç³âêè äî ïðàêòè÷íèõ ðîá³ò ç çàãàëüíî¿ õ³ì³¿
ì.Äîíåöüê,âóë.Àðòåìà,58 Ôîðìàò Óì.äðóê.àðê. Íàêëàä 83000,ì.Äîíåöüê
Íå íàøëè, ÷òî èñêàëè? Âîñïîëüçóéòåñü ïîèñêîì:
|