Ответ обосновать значениями стандартных электродных потенциалов.

Ответ: по табл. 11.1 определяем стандартные электродные потенциалы титана, никеля, меди, цинка и железа (II):

= –1,63 В; = -0,25 В; = +0,34 В;

= –0,76В; = –0,44 В.

Так как анодную защиту железной детали можно осуществить металлами с < , то искомыми металлами являются а) Ti ; г) Zn.

2. Написать уравнение Нернста для определения электродного потенциала металлического и водородного электродов. Указать единицы измерения.

Ответ: , В;

.

3. Из приведенного ряда металлов выбрать те, которые могут служить катодом при стандартных условиях в гальванических элементах, анод у которых цинковый: а) Mn; б) Bi; в) Al; г) Sn.

Ответ обосновать значениями стандартных электродных потенциалов.

Ответ: по табл. 11.1 определяем стандартные электродные потенциалы марганца, висмута, алюминия, олова и цинка:

= –1,05 В; = + 0,23 В; = –1,67 В; =
= –0,14 В; = –0,76 В.

Так как катодом при стандартных условиях в гальванических элементах, анод у которых цинковый, могут служить металлы с > , то искомыми металлами являются б) Bi; г) Sn.

УРОВЕНЬ В

1. а) Алюминиевый электрод погружен в 5∙10^{-4 М раствор сульфата алюминия. Вычислить значение электродного потенциала алюминия.}

Дано: Металл – Al = 5∙10-4 моль/л	Решение   Электродный потенциал алюминия рассчитываем по уравнению Нернста:   = +
–?

По табл. 11.1 определяем стандартный электродный потенциал алюминия:

= –1,67 В.

Записываем уравнение электродного процесса, протекающего на поверхности алюминиевого электрода в растворе соли:

Al – 3ē = Al³⁺.

n – число электронов, участвующих в электродном процессе.

Для данной реакции n равно заряду иона алюминия Al³⁺(n = 3). Рассчитываем концентрацию ионов алюминия в растворе Al₂(SO₄)₃:

= ∙ α ∙ .

Разбавленный раствор Al₂(SO₄)₃ – сильный электролит.

Следовательно, α = 1. По уравнению диссоциации Al₂(SO₄)₃.

Al₂(SO₄)₃ = 2Al³⁺ + 3SO

число ионов Al³⁺, образующихся при диссоциации одной молекулы Al₂(SO₄)₃, равно 2.

Следовательно, = 2.

Тогда = 5∙10^-4∙1∙2 = моль/л.

Рассчитываем электродный потенциал алюминиевого электрода:

= -1,67 + = –1,73 В.

Ответ: = –1,73 В.

б) Потенциал цинкового электрода, погруженного в раствор своей соли, равен –0,75 В. Вычислить концентрацию ионов цинка в растворе.

Дано: Металл – Zn = –0,75 В	Решение Электродный потенциал цинка рассчитываем по уравнению Нернста:   = + .
– ?

Откуда:

=

По табл. 11.1 определяем стандартный электродный потенциал цинка:

= 0,76 В, n – равно заряду иона цинка Zn²⁺ (n = 2).

Тогда

= = 0,338.

= 10^0,339 моль/л = 2,18 моль/л

Ответ: = 2,18 моль/л.

Составить две схемы гальванических элементов (ГЭ), в одной из которых олово служило бы анодом, в другой – катодом. Для одной из них написать уравнения электродных процессов и суммарной токообразующей реакции. Вычислить значение стандартного напряжения ГЭ.

Решение

В гальваническом элементе анодом является более активный металл с меньшим алгебраическим значением электродного потенциала, катодом – менее активный металл с большим алгебраическим значением электродного потенциала.

По табл. 11.1 находим = –0,14 В.

а) Олово является анодом ГЭ.

В качестве катода можно выбрать любой металл с > .

Выбираем медь = + 0,34 В. В паре Sn–Cu олово будет являться анодом ГЭ, медь – катодом. Составляем схему ГЭ:

А(-) Sn │ Sn²⁺ ││ Cu²⁺ │ Cu(+)K

или

А(-) Sn │ SnSO₄ ││ CuSO₄ │ Cu(+)K.

Уравнения электродных процессов:

НОК ДМ

На A(-) Sn – 2ē = Sn²⁺ 1 – окисление

На К(+) Cu²⁺ + 2ē = Cu 1 – восстановление

Sn + Cu²⁺ = Sn²⁺ + Cu – суммарное ионно-молекулярное уравнение токообразующей реакции;

Sn + CuSO₄ = SnSO₄ + Cu – суммарное молекулярное уравнение токообразующей реакции.

Рассчитываем стандартное напряжение ГЭ:

= – = +0,34 – (–0,14) = 0,48 В.

б) Олово является катодом ГЭ.

В качестве анода ГЭ можно выбрать любой металл с < , кроме щелочных и щелочноземельных металлов, так как они реагируют с водой.

Выбираем магний = –2,37 В.

В паре Mg–Sn магний является анодом, олово – катодом.

Составляем схему ГЭ:

А(-) Mg │ Mg²⁺ ││ Sn²⁺ │ Sn(+)K

или

А(-) Mg │ MgSO₄ ││ SnSO₄ │ Sn(+)K.

3. Составить схему коррозионного гальванического элемента, возникающего при контакте железа с цинком:

а) в атмосферных условиях (Н₂О + О₂);

б) кислой среде (Н₂SO₄);

в) кислой среде в присутствии кислорода (HCl + O₂).