ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ. Задание 1. Электродные процессы в гальваническом элементе
Задание 1. Электродные процессы в гальваническом элементе. (Для вашего электрода см. вариант в таблице).
1. Подберите электролит и запишите электродную реакцию.
2. Запишите уравнение Нернста для расчета равновесного электрода и вычислите потенциал данного электрода при Т = 298 К в растворе электролита, если известна активность потенциалоопределяющего иона.
3. Составьте схему гальванического элемента из вашего электрода и стандартного водородного электрода.
4. Вычислите напряжение для составленного гальванического элемента, напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.
Таблица вариантов
| Номер вари- анта | Элек- трод | Активность иона, моль/л | Номер вари- анта | Элек- трод | Активность иона моль/л |
| Сu2+/Cu | a(Cu2+) = 0,003 | Sn2+/Sn | a(Sn2+) = 0,007 | ||
| Cd2+/Cd | a(Cd2+) = 0,01 | Zn2+/Zn | a(Zn2+) = 0,08 | ||
| Co2+/Co | a(Co2+) = 0,005 | Ti2+/Ti | a(Ti2+) = 0,004 | ||
| Cr3+/Cr | a(Cr3+) = 0,05 | Al3+/Al | a(Al3+) = 0,03 | ||
| Fe2+/Fe | a(Fe2+) = 0,007 | V2+/V | a(V2+) = 0,003 | ||
| Ni2+/Ni | a(Ni2+) = 0,002 | Вi3+/Bi | a(Bi3+) = 0,006 | ||
| Mn2+/Mn | a(Mn2+) = 0,006 | Ga3+/Ga | a(Ga3+) = 0,04 | ||
| Pb2+/Pb | a(Pb2+) = 0,004 | Au+/Au | a(Au+) = 0,0009 | ||
| Ag+/Ag | a(Ag+) = 0,003 | Cr2+/Cr | a(Cr2+) = 0,008 | ||
| Au3+/Au | a(Au3+) = 0,0001 | Os2+/Os | a(Os2+) = 0,0006 | ||
| In3+/In | a(In3+) = 0,003 | La3+/La | a(La3+) = 0,3 | ||
| Hg2+/Hg | a(Hg2+) = 0,004 | Pt2+/Pt | a(Pt2+) = 0,007 | ||
| Pd2+/Pd | a(Pd2+) = 0,001 | Cu+/Cu | a(Cu+) = 0,005 | ||
| Fe3+/Fe | a(Fe3+) = 0,0005 | Hg2+2/Hg | a(Hg2+2) = 0,005 | ||
| Mo3+/Mo | a(Mo3+) = 0,006 | Tl+/Tl | a(Tl+) = 0,002 |
Задание 2. Даны электроды (см. вариант таблицы).
1. Составьте схему гальванического элемента, подобрав соответствующие электролиты.
2. Напишите уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде; уравнение суммарной (токообразующей) реакции.
3. Вычислите напряжение гальванического элемента при указанных активностях ионов в растворе.
4. Рассчитайте энтальпию, энергию Гиббса токообразующего процесса в стандартных условиях и напряжение гальванического элемента (двумя способами).
Таблица вариантов
| Номер варианта | Электрод I | Электрод II | ||
| полуэлемент | аионов (моль/л) | полуэлемент | аионов (моль/л) | |
| Pb2+/Pb | 0,01 | Zn2+/Zn | 0,001 | |
| Ni2+/Ni | 0,01 | Pd2+/Pd | 0,005 | |
| Zn2+/Zn | 0,001 | Zn2+/Zn | 0,01 | |
| Pb2+/Pb | 0,01 | Ag+/Ag | 0,1 | |
| Fe2+/Fe | 0,004 | Ni2+/Ni | 0,2 | |
| Pt / H+/H2 | 0,001 | Co2+/Co | 0,2 | |
| Сu2+/Cu | 0,1 | Сu2+/Cu | 2,0 | |
| Fe2+/Fe | 0,1 | Ti2+/Ti | 0,005 | |
| Al3+/Al | 0,01 | Sn2+/Sn | 0,025 | |
| Ag+/Ag | 0,5 | Co2+/Co | 0,1 | |
| Ag+/Ag | 0,1 | Cd2+/Cd | 0,01 | |
| Sn2+/Sn | 1,0 | Pb2+/Pb | 0,01 | |
| Ni2+/Ni | 0,01 | Co2+/Co | 0,05 | |
| Mn2+/Mn | 0,1 | Pb2+/Pb | 0,005 | |
| Zn2+/Zn | 0,05 | Ni2+/Ni | 0,1 | |
| Fe2+/Fe | 0,01 | Al3+/Al | 0,1 | |
| Pt / H+/H2 | 0,02 | Cr3+/Cr | 1,2 | |
| Zn2+/Zn | 0,04 | Pt/ H+/H2 | 0,1 | |
| Сu2+/Cu | 0,1 | Pb2+/Pb | 0,005 | |
| Bi3+/Bi | 0,06 | Co2+/Co | 0,2 | |
| Ag+/Ag | 0,005 | Zn2+/Zn | 0,05 | |
| Ni2+/Ni | 0,03 | Fe2+/Fe | 0,1 | |
| Zn2+/Zn | 0,5 | Сu+/Cu | 0,025 | |
| Zn2+/Zn | 0,005 | Сu2+/Cu | 0,1 | |
| Mg2+/Mg | 0,025 | Сu2+/Cu | 0,025 | |
| Pt/ H+/H2 | 0,001 | Pt/ H+/H2 | 1,0 | |
| Pt/ H+/H2 | 0,01 | Сu2+/Cu | 0,5 | |
| Pb2+/Pb | 0,005 | Pb2+/Pb | 0,0025 | |
| Co2+/Co | 0,01 | Mn2+/Mn | 0,2 | |
| Сu2+/Cu | 0,01 | Ag+/Ag | 0,5 |
Задание 3. Электролиз водных растворов. Для водного раствора данного электролита (св = 1 моль/л).
1. Напишите уравнения процессов, которые идут на электродах при электролизе.
2. Рассчитайте, сколько и каких веществ выделится на катоде и ано-де, если электролиз вести при силе тока, равной I = А, в течение t часов.
3. Определите катодный выход по току.
4. Определите, как будет меняться среда у анода и катода в процессе электролиза.
5. Определите, как изменится анодный процесс, если анод заменить на другой, указанный в таблице.
Таблица вариантов
| Номер вари- анта | Электролит | Электроды | I, A | t | Замена электрода |
| CoSO4 | Графитовые | 20 мин | PbO2 | ||
| NiCl2 | Графитовые | 30 мин | Ni | ||
| ZnSO4 | Цинковые | 40 мин | Графитовые | ||
| AgNO3 | Серебряные | 1 ч | Графитовые | ||
| СuSO4 | Медные | 50 мин | Графитовые | ||
| SnCl2 | Оловянные | 1,5 ч | PbO2 | ||
| Pb(NO3)2 | PbO2 | 20 мин | Свинцовые | ||
| СdSO4 | Кадмиевые | 2 ч | Графитовые | ||
| Ni(NO3)2 | Графитовые | 0,5 ч | Никелевые | ||
| MgSO4 | Графитовые | 3 ч | Платина | ||
| SnSO4 | Графитовые | 0,5 ч | Оловянные | ||
| CuBr2 | Кадмиевые | 1 ч | Платина | ||
| Са(NO3)2 | Платина | 20 мин | Графитовые | ||
| MgCl2 | Графитовые | 6 ч | PbO2 | ||
| Fe(NO3)3 | Железные | 0,5 ч | PbO2 | ||
| NiSO4 | Никелевые | 3 ч | PbO2 | ||
| СdSO4 | Графитовые | 1 ч | Кадмиевые | ||
| СuSO4 | Графитовые | 120 мин | Медные | ||
| Al(NO3)3 | Графитовые | 0,5 | 20 мин | Платина | |
| К2S | Платина | 10 мин | PbO2 | ||
| SnCl4 | Графитовые | 0,5 ч | Оловянные | ||
| MnCl2 | Марганцевые | 70 мин | PbO2 | ||
| BaI2 | Графитовые | 5,2 | 18 мин | PbO2 | |
| Cr2(SO4)3 | Графитовые | 15,5 ч | PbO2 | ||
| HgCl2 | Ртутные | 30 мин | PbO2 | ||
| K[Ag(CN)2] | Серебряные | 90 мин | Платина | ||
| K[Au(CN)2] | Графитовые | 0,5 | 60 мин | Платина | |
| CrCl3 | Хромовые | 110 мин | Платина | ||
| FeCl2 | Платина | 3,5 | 10 мин | Железные | |
| Н2[PtCl6] | Платина | 1 ч | RuO2 |
приложения
П р и л о ж е н и е 1
Термодинамические характеристики некоторых веществ
При 298 К
| Вещество | Df H0, кДж/моль | S0, Дж/(моль×К) | Df G, кДж/моль |
| ВаО(к) | –557,9 | 70,29 | –528,4 |
| ВаCl2(к) | –860,1 | –810,9 | |
| ВеО(к) | –598,7 | 14,1 | –581,6 |
| ВеCl2(к) | –494 | –468 | |
| Bi(к) | 56,9 | ||
| Bi2O3(к) | –578,2 | –497,7 | |
| Br2(г) | 30,92 | 245,35 | 3,14 |
| Сграфит | 5,74 | ||
| Салмаз | 1,83 | 2,38 | 2,85 |
| СО(г) | –110,5 | 197,54 | –137,14 |
| СО2(г) | –393,51 | 213,68 | –394,38 |
| СОСl2(г) | –219,5 | 283,6 | –205,3 |
| ССl4(г) | –106,7 | 309,7 | –63,95 |
| СН4(г) | –74,85 | 186,2 | –50,8 |
| С2Н6(г) | –84,68 | 229,5 | –32,89 |
| CS2(ж) | 88,7 | 64,4 | |
| СаО(к) | –635,5 | 39,7 | –605,2 |
| Са(ОН)2(к) | –986,2 | 83,4 | –898,5 |
| СаСО3(к) | –1207,1 | 92,88 | –1128,76 |
| Cl2(г) | 222,96 | ||
| Cr(к) | 23,76 | ||
| Cr2O3(к) | –1141 | 81,1 | –1058 |
| CuO(к) | –165 | 42,64 | –127 |
| Cu2О(к) | –173,2 | 92,93 | –150,5 |
| Fe(к) | 27,15 |
П р о д о л ж е н и е п р и л. 1
| Вещество | Df H0, кДж/моль | S0, Дж/(моль×К) | Df G, кДж/моль |
| FeO(к) | –263,8 | 58,8 | –244,3 |
| Fe2O3(к) | –822,16 | 89,96 | –740,98 |
| Н2(г) | 130,58 | ||
| HBr(г) | –35,98 | 198,5 | –53,5 |
| HCl(р) | –166,9 | 56,5 | –131,2 |
| HCl(г) | –92,3 | –95,27 | |
| HF(г) | –268,61 | 173,51 | –270,7 |
| HI(г) | 25,94 | 206,3 | 1,3 |
| Н2О(г) | –241,82 | 188,7 | –228,61 |
| Н2О(ж) | –285,84 | 70,08 | –237,2 |
| Н2О2(ж) | –187,8 | 109,6 | –120,4 |
| Н2S(г) | –20,17 | 205,6 | –33 |
| H2SO4(ж) | –811,3 | 156,9 | –690,3 |
| I2(г) | 62,24 | 260,58 | 19,4 |
| Mg(к) | 32,55 | ||
| MgO(к) | –601,24 | 26,94 | –569,4 |
| Mg(NO3)2(к) | –789,6 | –588,4 | |
| N2(г) | 191,5 | ||
| NH3(г) | –46,19 | 192,5 | –16,66 |
| NH4Cl(к) | –314,4 | 94,6 | –203 |
| (NH4)2SO4(к) | –1179,3 | 220,3 | –900,3 |
| NO(г) | 90,37 | 210,62 | 86,71 |
| NO2(г) | 33,5 | 240,45 | 51,8 |
| Na(к) | |||
| NaCl(к) | –410,9 | 72,33 | –384 |
| Na2SO4(к) | –1384,6 | 149,4 | –1266,8 |
| О2(г) | 205,04 | ||
| РН3(г) | 5,44 | 210,1 | 13,39 |
| Р2О5(к) | –1492 | 114,5 | –1348,8 |
О к о н ч а н и е п р и л. 1
| Вещество | Df H0, кДж/моль | S0, Дж/(моль×К) | Df G, кДж/моль |
| S(к) | 31,88 | ||
| SO2(г) | –296,9 | 248,1 | –300,4 |
| SO3(г) | –395,2 | 256,23 | –370,4 |
| SO2Cl2(ж) | –381,1 | 217,2 | –315,8 |
| SiCl4(г) | –609,6 | 331,4 | –569,9 |
| SiF4(г) | –1616 | 282,2 | –1572,5 |
| SiC(к) | –66,1 | 16,6 | –63,7 |
| SiО2(кварц) | –859,4 | 41,84 | –805,2 |
| Ti(к) | 30,6 | ||
| TiCl4(г) | –758,9 | 353,1 | –714 |
| ZnO(к) | –349 | 43,5 | –318,2 |
| ZnS(к) | –201 | 57,7 | –239,8 |
П р и л о ж е н и е 2