Электрохимические процессы

1. Электрохимические системы. Механизм возникновения электродного потенциала и его измерение. Устройство водородного электрода. Стандартные и равновесные значения электродных потенциалов. Уравнение Нернста.

2. Гальванический элемент: обозначение, электродные процессы, расчет напряжения гальванического элемента в стандартных и равновесных условиях. Типы гальванических элементов.

3. Электролизер. Последовательность процессов на электродах (катоде и аноде) в электролизере. Законы Фарадея.

4. Химическая коррозия металлов. Электрохимическая коррозия, коррозионный гальванический элемент, зависимость коррозионных процессов от кислотности среды. Методы зашиты от коррозии (легирование, покрытия – неметаллические, металлические: катодные, анодные; электронная защита – протекторная, защита внешним потенциалом).

Примерные задачи и вопросы к разделу «Электрохимические системы».

1. 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, посчитайте напряжение этих гальванических элементов в стандартных условиях.

2. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению Ni + Pb(N0₃)₂ = Ni(NO₃)₂+ Pb. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите напряжение этого элемента, если [Ni²⁺] = 0,01 моль/л.

3. Дана суммарная реакция Zn + 2H⁺ ® Zn²⁺ + H₂. Обозначьте гальванический элемент, напишите электродные процессы. Посчитайте напряжение составленного Вами гальванического элемента в стандартных условиях и при условии, что металлический электрод погружен в раствор с концентрацией С_Zn²⁺ = 0,01 моль/л.

4. 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 напряжение гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001 М растворе, а другой такой же электрод - в 1 М растворе сульфата никеля.

5. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов, и вычислите напряжение медно-кадмиевого гальванического элемента, в котором [Cd²⁺] = 0.8 моль/л, а [Cu²⁺ ] = 0.01моль/л.

6. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал -1,23 В. Вычислите концентрацию (моль/дм³) ионов Mn²⁺.

7. Из каких полуэлементов следует составить гальванический элемент с целью получения максимальной э.д.с.: а) Cu²⁺/Cu и Pb²⁺/Pb; б) Cr³⁺/Cr и Fe²⁺/Fe; в) Ni²⁺/Ni и Pb²⁺/Pb?

8. Значения стандартных электродных потенциалов систем Zn/Zn²⁺ и Cd/Cd²⁺ соответственно равны -0,76 В и 0,40 В. Какая реакция протекает произвольно в кадмиево-цинковом гальваническом элементе:

а) Zn + Cd²⁺ ® Cd + Zn²⁺ б) Cd + Zn²⁺ ® Zn + Cd²⁺.

9. В гальваническом элементе самопроизвольно протекает реакция Fe + Cd²⁺ ® Cd + Fe²⁺. Какой из электродов служит анодом: а) железный; б) кадмиевый?

10. Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, в котором серебряные электроды опущены в 0,01 н и 0,1 н растворы нитрата серебра.

11. 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 электродах.

12. В какой последовательности будут восстанавливаться катионы при электролизе водного раствора, содержащего ионы Cr³⁺, Pb²⁺, Hg²⁺, Mn²⁺, если молярная концентрация соответствующих им солей одинакова, а напряжение на катодах достаточно для восстановления каждого из них?

13. В каких случаях при электролизе водных растворов солей: а) на катоде выделяется водород; б) на аноде выделяется кислород; в) состав электролита не изменяется?

14. При электролизе водных растворов каких солей на катоде происходит: а) восстановление только катионов металлов; б) одновременное восстановление катионов металла и воды; в) восстановление только воды?

15. В каких случаях при электролизе водных растворов солей на аноде наблюдается разрядка анионов, в каких случаях выделяется кислород, в каких случаях идет окисление самого анода?

16. Электролиз водного раствора иодида натрия проводили при токе силой 6 А в течение 2,5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, вычислите массу веществ, выделяющихся на электродах.

17. В течение какого времени необходимо пропускать ток силой 1 А при электролизе водного раствора сульфата хрома(III), чтобы масса катода возросла на 10 г? Какой объем (н.у.) кислорода выделился на аноде?

18. Какими формулами выражаются количественные характеристики электролиза? Приведите пример электролиза и его количественного расчета.

19. Какие реакции протекают при электролизе с инертными электродами водного раствора КОН? Какие вещества и в каком объеме (при н.у.) можно получить при электролизе этого раствора, если пропустить ток силой 13,4 А в течение двух часов (выход по току равен 100 %)?

20. Какой продукт не получится при электролизе раствора KI?

а) Н_2; б) КОН; в) К; г) I₂.

21. Газообразные вещества будут выделяться и на катоде и на аноде при электролизе водного раствора соли:

а) AgNO₃; б) KNO₃; в) CuCl₂; г) SnCl₂.

22. При электролизе водного раствора нитрата серебра на катоде образуется:

а) Ag; б) NO₂; в) NO; г) H₂

23. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.

формулы веществ продукты электролиза

1) CaCl₂ а) Ca, O₂ , Cl₂

2) Fe(NO₃)₃ б) Fe, H₂, Cl₂

3) K₂SO₄ в) K, H₂, SO₃

4) FeCl₃ г) Fe, H₂, O₂

д) H₂, Cl₂

е) H₂, O₂

24. Процессы, протекающие при электролизе раствора сульфата натрия на платиновом катоде:

а) Na⁺ + 1e ® Na⁰; б) 2 H₂O + 2e ® H₂ + 2 OH^-;

в) Pt⁰ - 2e ® Pt²⁺; г)

25. Процессы, протекающие при электролизе раствора сульфата натрия на никелевом аноде:

а) 2 SO₄^2- - 2e ® S₄O₈^2-; б) 2 H₂O - 4e ® O₂ + 4 H⁺;

в) Ni⁰ – 2e ® Ni²⁺; г)

26. Процессы, протекающие при электролизе раствора хлорида меди(II) на железном катоде:

а) Cu²⁺ + 2e ® Cu⁰; б) 2 H₂O + 2e ® H₂ + 2 OH^-;

в) Fe⁰ – 2e ® Fe²⁺; г)

27. Процессы, протекающие при электролизе раствора хлорида меди(II) на платиновом аноде:

а) 2 Cl^- - 2e ® Cl₂; б) 2 H₂O - 4e ® O₂ + 4 H⁺;

в) Pt⁰ - 2e ® Pt²⁺; г)

28. Во время проведения электролиза водного раствора СаСl₂ среда у катода становится:

а) кислая; б) щелочная; в) нейтральная; г) не изменяется.

29. Ток силой 2 А в течение 2 час пропускали через раствор CuBr₂. Сколько меди выделилось на катоде? Запишите электрохимическую систему, уравнения электродных реакций, если анод сделан из графита.

30. Какие реакции происходят на катоде и аноде при электролизе KNO₃, если оба электрода сделаны из платины? Сколько и каких веществ образовалось возле анода и катода, если пропускали ток силой 1А в течении 30 мин? Запишите электрохимическую систему, электродные реакции.

31. На какие виды подразделяется коррозия в зависимости от механизма процесса и формы коррозионных разрушений? На каждый вид коррозии приведите примеры. Какое значение имеет коррозия?

32. .Какая коррозия называется химической, а какая – электрохимической?

33. Электрик подключил к открытым алюминиевым проводам нагрузку медным кабелем. Через некоторое время медный кабель в месте контакта с алюминиевым проводом прокорродировал. Как объяснить этот факт?

34. Железное изделие покрыли никелем. Какое это покрытие - анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе. Укажите продукты коррозии.

35. Никелевое изделие покрыто серебром. Какое это покрытие? Какой из металлов будет окисляться при коррозии в случае разрушения покрытия? Дайте схему образующегося при этом гальванического элемента, помня, что коррозия протекает в кислой среде.

36. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа и луженой меди при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов в обоих случаях.

37. Под рисунком подпишите способ защиты металла Fe от коррозии:

38. Определите возможность коррозии двух контактирующих металлов (Al – Cu) в кислой среде. Составьте схему коррозионного г.э., напишите уравнения электродных реакций. Предложите катодное покрытие.

39. Отверстия в медном самоваре и железном котелке запаяли оловом. Через некоторое время котелок прохудился, а самовар нет. Почему? Ответ иллюстрируйте схемами коррозионных процессов и уравнениями реакций.

40. Для придания красивого внешнего вида и защиты от коррозии железо обычно покрывают цинком, оловом, хромом, кадмием, никелем. Какое покрытие наиболее надежно защищает железо от коррозии? Расположите металлы в порядке убывания защитного эффекта.

41. Алюминий склепан с медью. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если эта пара попадет в кислотную среду? Составьте схему образующегося при этом гальванического элемента. Вычислите ЭДС и энергию Гиббса этого элемента при стандартных условиях.

42. Какому виду коррозии подвергается выхлопная труба автомобиля, работающего на бензине с примесью серы? Напишите уравнение реакции.

43. Две железные пластинки покрасили в серебристый цвет: одну краской с алюминиевой пудрой, а другую – с цинковой. При испытаниях на коррозионную устойчивость выяснилось, что краска с цинковой пудрой – лучше. Почему? Составьте схемы коррозионных гальванических элементов, которые образуются при нарушении покрытия.

44. Чем отличается защита от коррозии с помощью пассиваторов от защиты с помощью ингибиторов? Приведите примеры пассивирования поверхности и примеры ингибиторов коррозии.

45. Для защиты от коррозии используют протекторную и катодную защиту. Объясните, чем определяется выбор металла для протектора в первом случае и какова роль электрического тока от внешнего источника во втором случае.