Характеристика направленности химических реакций.

Ряд стандартных электродных потенциалов

Стандартные электродные потенциалы, расположенные по возрастанию j°, дают характеристику восстановительной активности атомов металлов (Ме) и окислительной активности ионов (Меⁿ⁺) (прил., стр.).

Чем меньше j°, тем активнее металл, сильнее выражены его восстановительные свойства.

Например, натрий активнее цинка, потому что его потенциал меньше: j°_NaêNa⁺ = - 2,74 В < j°_ZnêZn²⁺ = - 0,76 В.

Na⁰ - 1ē = Na⁺

Чем больше j°, тем резче выражены окислительные свойства ионов металлов.

Например, ионы цинка легче восстанавливаются из раствора, принимая электроны, чем ионы натрия, так как потенциал цинка больше, чем у натрия: j°_ZnêZn²⁺ > j°_NaêNa⁺,

Zn²⁺ + 2ē = Zn

Направленность окислительно-восстановительных реакций определяется значением DG, которое рассчитывается по формуле:

DG = - n FE

где Е (ЭДС) = j_{окислителя} - j_{восстановителя}.

Для расчета Е составляются уравнения окислительно - восстановительных реакций и электронные уравнения, чтобы определить восстановитель и окислитель.

Вывод о направленности реакции дается по следующему правилу: при Е > 0, DG < 0 реакция возможна, равновесие реакции смещено в сторону образования конечных продуктов реакции; при Е < 0, DG > 0 происходит смещение равновесия в сторону исходных продуктов, процесс невозможен.

Пример. Между какими, взятыми попарно, веществами:

а) Zn + FeSO₄, б) Ag + ZnSO₄

пойдет реакция. Какой металл обладает большей восстановительной активностью? Вывод обосновать расчетом DG.

Решение:

а) Zn + FeSO₄ ® ZnSO₄ + Fe

Электронные уравнения:

Zn - 2ē ® Zn²⁺ восстановитель

Fe²⁺ + 2ē ® Fe окислитель

Е = j° _{окислителя} - j° _{восстановителя} = - 0,44 – (- 0,76) = 0,32 В

DG = - 2 ^. 96500 ^. 0,32 < О

Вывод: Реакция возможна, равновесие смещено вправо.

б) Ag + ZnSO₄ ® AgSO₄ + Zn

Электронные уравнения:

Ag - 1ē ® Ag⁺ восстановитель

Zn²⁺ + 2ē ® Zn окислитель

Е = j° _{окислителя} - j° _{восстановителя} = - 0,76 – (+ 0,799) = - 1,559 В

DG = - 2 ^. 96500 ^. (- 1,559) > О

Вывод: DG > 0, реакция невозможна, равновесие смещено влево. Цинк более активный металл, так как его потенциал меньше чем у серебра:

j°_ZnêZn²⁺ (- 0,76 В) < j°_AgêAg⁺ (+ 0,799 В).

8.4.5. Индивидуальные задания по теме «Гальванические элементы»

Задание 1

1. Вычислить электродный потенциал Рb êРbSO₄ при концентрации ионов [Pb²⁺] = 0,0001 моль/л.

2. Вычислить ЭДС гальванического элемента, составленного из стандартного водородного и цинкового электродов при концентрации ионов [Zn²⁺] = 0,01 моль/л.

3. Вычислить ЭДС гальванического элемента: (-) Zn êZnSO₄ êêAgNO₃ êAg (+) при стандартных условиях. Рассчитать DG°.

4. В раствор FeCl₂ бросили кусочки металлов: Zn, Mg, Cu. В каком случае пойдет реакция? Ответ подтвердить расчетом DG°. Сделать вывод об активности металлов.

Задание 2

1. Вычислить электродный потенциал SnïSnCl₂ при концентрации ионов [Sn²⁺] = = 0,0001 моль/л.

2. Вычислить ЭДС гальванического элемента: (-) FеïFеСl₂ïïНgСl_2,Нg (+) при стандартных условиях.

3. Вычислить ЭДС элемента, составленного из цинковых электродов при концентрации ионов [Zn²⁺] = 0,1 моль/л, [Zn²⁺] = 0,001 моль/л. Рассчитать DG и указать возможность работы элемента.

4. Какой металл растворится в перечисленных случаях:

CuïAgNO₃, ZnïCuSO₄, MgïZnSO₄

Написать уравнения реакций. Рассчитать DG° и указать какие процессы смещены вправо. Какой металл обладает большей восстановительной активностью?

Задание 3

1. Вычислить электродный потенциал никеля в 0,001 М растворе соли Ni(NO₃)₂.

2. Вычислить ЭДС никель-медного элемента с концентрацией солей 1 моль/л.

3. Рассчитать ЭДС элемента, составленного из свинцовой пластинки, погруженной в раствор Рb(NO₃)₂ с концентрацией ионов [Рb²⁺] = 0,01 моль/л и кобальтовой пластинки, погруженной в раствор соли с концентрацией ионов [Со²⁺] = 0,001 моль/л. Вычислить DG и сделать вывод о возможности работы этого гальванического элемента.

4. Между какими, взятыми попарно веществами: а) Zn + FeSO₄, б) Ag + ZnSO₄, в) Сu + НСl пойдет реакция? Написать уравнения реакций. Какой металл обладает большей восстановительной активностью? Вывод обосновать расчетом DG° реакций.

Задание 4

1. Вычислить электродный потенциал алюминия в 0,01 М растворе соли AlCl₃.

2. Вычислить ЭДС медно-цинкового элемента с концентрацией солей цинка и меди 1 моль/л ионов.

3. Рассчитать ЭДС элемента, состоящего из марганцевой пластинки, погруженной в 0,001 М раствор Мn(NO₃)₂ и свинцовой, погруженной в 0,001 М раствор соли Pb(NO₃)₂. Вычислить DG и указать возможность работы такого элемента.

4. В раствор соли FeCl₃ попеременно опускали пластинки из металлов: Мn, Cu, Al. В каких случаях пойдет реакция? Ответ обосновать расчетом DG° реакций.

Задание 5

1. Вычислить электродный потенциал железа в контакте с раствором соли FeCl₃, [Fe³⁺] = 0,01 моль/л.

2. Вычислить ЭДС элемента: (-) МgïMgSO₄ïïZnSO₄ïZn (+) при стандартных условиях.

3. Никелевые пластинки опущены в растворы солей: МgSO₄, CuSO₄. Рассчитать DG° реакций. Указать восстановительную активность атомов металлов и направленность процессов.

4. Вычислить ЭДС гальванического элемента, составленного из железного и медного электродов с концентрацией ионов железа [Fе²⁺] = 0,1 моль/л, ионов меди [Сu²⁺] = 1 моль/л. Рассчитать DG и сделать вывод о возможности работы гальванического элемента.

Задание 6

1. Вычислить электродный потенциал металла, находящегося в контакте с раствором соли AgNO₃. Концентрация ионов серебра [Ag⁺] = 0,2 моль/л.

2. Вычислить ЭДС свинцово-железного гальванического элемента при стандартных условиях. Схема элемента: (-) FеïFeSO₄ïïРbSO₄ïРb (+).

3. Вычислить ЭДС гальванического элемента, составленного из алюминиевого и медного электродов с концентрацией ионов [Аl³⁺] = 0,01 моль/л, [Сu²⁺] = 1 моль/л. Рассчитать DG и указать, будет ли работать этот элемент.

4. Железные пластинки опущены в растворы солей: MgSO₄, NaCl, Pb(NO₃)₂, CuSO₄, ZnCl₂. С какими солями железо будет реагировать? Написать уравнения реакций. У какого иона металла сильнее выражены окислительные свойства? Ответ обосновать расчетом DG°.

Задание 7

1. Вычислить электродный потенциал кальция в растворе его соли СаCl₂ с концентрацией ионов [Сa²⁺] = 0,2 моль/л.

2. Вычислить ЭДС магний – кобальтового элемента с концентрацией солей 1 моль/л.

3. Рассчитать ЭДС элемента: (-) NiïNiSO₄ïïAgNO₃ïAg (+). Концентрация ионов равна: [Ni²⁺] = 0,001 моль/л, [Ag⁺] = 0,01 моль/л. Вычислить DG и сделать вывод о работе гальванического элемента.

4. Между какими, попарно взятыми, веществами: а) Mg + HCl; б) Na + MgCl₂; в) Ca(NO₃)₂ + Al возможны реакции? Ответ подтвердить расчетом DG° каждой пары.

Задание 8

1. Рассчитать потенциал золотого электрода в 0,01 М растворе его соли АuCl₃.

2. Вычислить ЭДС гальванического элемента, состоящего из кобальтовой пластинки, опущенной в раствор СоСl₂ 0,2 М концентрации и медной пластинки, опущенной в раствор СuSO₄ 2 М. Вычислить DG элемента указать возможность его работы.

3. Рассчитать ЭДС медно-цинкового гальванического элемента при стандартных условиях.

4. Какие, из попарно взятых, веществ могут реагировать друг с другом: Mn + HCl; Ag + ZnSO₄; Fe + CuSO₄? Ответ подтвердить расчетом DG.

Задание 9

1. Вычислить электродный потенциал магния в 0,5 М растворе соли MgCl₂.

2. Вычислить ЭДС цинково - магниевого гальванического элемента с концентрацией солей 1 моль/л.

3. Рассчитать ЭДС элемента: (-) CaïCaCl₂ïïCrCl₃ïCr (+). Концентрация ионов: [Са²⁺] = 0,001 моль/л, [Сr³⁺] = 1 моль/л. Вычислить DG процесса и указать возможность работы этого элемента.

4. Между какими, взятыми попарно, веществами: а) Cu + AgNO₃; б) Ag + AuCl₃; в) Zn + Al₂O₃ пойдет реакция? Написать уравнения реакций. Какой металл обладает большей восстановительной активностью? Ответ обосновать расчетом DG°.

Задание 10

1. Вычислить электродный потенциал железного электрода в 2 М растворе соли FeCl₃.

2. Рассчитать ЭДС гальванического элемента: (-) MnïMnSO₄ïïAgNO₃ïAg (+) при стандартных условиях.

3. Вычислить ЭДС элемента, образованного серебряным и цинковым электродами с концентрацией ионов в растворе равной: 0,01 моль/л. Сделать вывод о возможности работы гальванического элемента по расчету DG.

4. В раствор медного купороса СuSO₄ попеременно опускали пластинки: Fe, Sn, Ag. В каких случаях пойдет реакция? Написать уравнения реакций. Ответ обосновать расчетом DG°.

Задание 11

1. Рассчитать потенциал кобальтового электрода в 2 М растворе соли CoCl₂.

2. Вычислить ЭДС гальванического элемента: (-) CaïCaCl₂ïïNiCl₂ïNi (+) при стандартных условиях. Рассчитать DG°.

3. Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного из железного и медного электродов с концентрацией ионов [Fe²⁺] = 0,01 моль/л, [Cu²⁺] = 0,001 моль/л.

4. Никелевые пластинки опущены в растворы солей: AuCl₃, FeSO₄. В каком случае никель будет растворяться? Написать уравнения реакций и обосновать ответ расчетом DG° реакций. Какой ион металла обладает большими окислительными свойствами?

Задание 12

1. Рассчитать потенциал хромового электрода в 0,01 М растворе соли CrCl₃.

2. Вычислить ЭДС гальванического элемента: (-) MnïMnSO₄ïïCuSO₄ïCu (+) при стандартных условиях.

3. Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного из никелевого электрода в контакте с солью NiСl₂ и медного электрода в контакте с солью СuCl₂. Концентрация ионов: [Ni²⁺] = 1 моль/л, [Сu²⁺] = 0,01 моль/л. Рассчитать DG и указать возможность работы элемента.

4. В раствор соли NiCl₂ опускали пластинки из металлов: Fe, Cu, Zn. Какие металлы будут растворяться? Какой металл обладает большими восстановительными свойствами? Ответ обосновать расчетом DG° реакций.

Задание 13

1. Рассчитать потенциал медного электрода в 0,001 М растворе соли Сu(NO₃)₂.

2. Вычислить ЭДС кадмий-серебряного элемента при стандартных условиях.

3. Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного из никелевого и медного электродов с концентрацией ионов: [Ni²⁺] = 1 моль/л, [Cu²⁺] = 0,01 моль/л. Вычислить и указать возможность работы этого элемента.

4. Магниевые пластинки опущены в растворы солей: Na₂SO₄, CaCl₂, FeCl₂. В каких случаях пойдут реакции? Ответ подтвердить расчетом DG° реакций.

Задание 14

1. Рассчитать потенциал ртутного электрода в 0,1 М растворе HgSO₄.

2. Вычислить ЭДС гальванического элемента: (-) MgïMgSO₄ïïFeSO₄ïFe (+) при стандартных условиях.

3. Вычислить ЭДС гальванического элемента: (-) ZnïZnSO₄ïïAgNO₃ïAg (+). Концентрация ионов: [Zn²⁺] = 0,01 моль/л, [Ag⁺] = 0,001моль/л. Рассчитать DG и указать возможность работы элемента.

4. Медные пластинки опущены в растворы солей: NaCl, AgNO₃, ZnSO₄. В каком случае медь будет растворяться? Написать уравнения реакций. Какой ион металла обладает большими окислительными свойствами? Ответ обосновать расчетом DG°.

Задание 15

1. Рассчитать потенциал платинового электрода в 0,001 М растворе.

2. Вычислить ЭДС элемента: (-) CuïCuSO₄ïïAgNO₃ïAg (+) при стандартных условиях.

3. Рассчитать ЭДС гальванического элемента, образованного цинковым и свинцовым электродами с концентрацией ионов 0,01 моль/л. Вычислить DG и указать возможность работы этого элемента.

4. Пластинки железа опускали в растворы солей: CuSO₄, AgNO₃, MgCl₂, KСl. В каком случае пойдет реакция? Написать уравнения реакций и рассчитать DG°. Какой ион металла обладает большими окислительными свойствами?

8.4.6. Лабораторная работа: Гальванический элемент

Цель работы: определение ЭДС гальванических элементов и расчет работы, изменения свободной энергии Гиббса и константы равновесия реакций, протекающих в гальванических элементах.

Приборы и реактивы: Милливольтметр. U – образный электролитический мостик, заполненный насыщенным раствором хлорида калия. Химические стаканы. Пробирки. Пластинки меди, цинка, железа (можно проволоку). Растворы: сульфата меди (1М), сульфата цинка (1 М; 0,1 М; 0,01 М), сульфата железа (II) (1 М), хлорида олова (II), (1 М), хлорида кадмия (1 М), нитрата серебра (1 М).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: