Раствор электролита подвергается электролизу при силе тока 1 А в течение 0,5 часа
Задача № 1.
Осуществить цепочку превращения веществ, записав уравнения соответствующих реакций. Какая из двух реакций цепочки является окислительно-восстановительной? Почему? Для окислительно-восстановительной реакции записать электронные уравнения окисления и восстановления атомов, указать окислитель и восстановитель.
Цепочка превращения веществ: Na → NaOH → Na2SO4.
Решение.
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
Эта реакция является окислительно-восстановительной, так как два элемента (натрий и водород) изменяют свои степени окисления. Электронные уравнения:
Na0 – e = Na+1 - окисление натрия,
2H+ + 2e = H20 - восстановление водорода.
Na – восстановитель, H2O – окислитель.
2NaOH + CuSO4 → Na2SO4 + Cu(OH)2↓
Задача № 40.
Для каждой из двух нижеприведенных схем превращения частиц составить электронно-ионные уравнения в кислой, нейтральной и щелочной средах. Указать процессы окисления восстановления, окислитель и восстановитель.
Схемы превращения частиц: 1) Mn2O3 → Mn2+; 2)Mn2+ → Mn2O3.
Решение.
1) Mn2O3 → Mn2+ - процесс восстановления, Mn2O3 – окислитель.
В кислой среде: Mn2O3 + 2е + 6Н+ → 2Mn2+ + 3Н2О
В нейтральной среде: Mn2O3 + 2е + Н2О → 2MnО + 2ОН-.
В щелочной среде: Mn2O3 + 2е + Н2О → 2MnО + 2ОН-.
2) Mn2+ → Mn2O3 – процесс окисления, Mn2+ - восстановитель.
В кислой среде: 2Mn2+ + 3Н2О - 2е → Mn2O3 + 6Н+.
В нейтральной среде: 2Mn2+ + 3Н2О - 2е → Mn2O3 + 6Н+.
В щелочной среде: 2MnО -2е + 2ОН- = Mn2O3 + Н2О.
Задача № 41.
Дана молекулярная схема окислительно-восстановительной реакции:
Ni + H2SO4 → NiSO4 + SO2 + …
Используя метод электронно-ионных уравнений, составить уравнения реакции. В электронно-ионных уравнениях указать процессы окисления и восстановления, окислитель и восстановитель. Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, объяснить, почему данная реакция возможна.
Решение.
Ni0 – 2e = Ni2+ |2|1 - процесс окисления, Ni0 – восстановитель.
SO42- + 2e + 4H+ = SO2 + 2H2O |2|1 - процесс восстановления, SO42- (H2SO4) - окислитель.
Суммарное уравнение:
Ni0 – 2e + SO42- + 2e + 4H+ = Ni2+ + SO2 + 2H2O.
Полное ионно-молекулярное уравнение:
Ni0 + 2SO42- + 4H+ = Ni2+ + SO42- + SO2 + 2H2O.
Молекулярное уравнение:
Ni + 2H2SO4 → NiSO4 + SO2 + 2H2O.
Возможность протекания окислительно-восстановительной реакции определяется величиной потенциала данной реакции, который вычисляется по формуле: ϕ(окислителя) – ϕ(восстановителя). Реакция будет протекать в прямом направлении, когда эта разность будет больше 0.
Согласно таблице стандартных электродных потенциалов:
ϕ(SO42-/ SO2) – ϕ(Ni/Ni2+) = 0,17 – (-0,25) = 0,42 (В).
Δϕ > 0, значит, реакция идет в прямом направлении.
Задача № 80.
Металлический проводник, изготовленный из никеля, погружен в 0,01 М раствор соли NiCl2.
Рассчитать величину относительно электродного потенциала данного электрода. Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, составить схему гальванического элемента, в котором рассматриваемый электрод является анодом. Для выбранного гальванического элемента записать уравнения электродных процессов и уравнение электрохимического процесса. Рассчитать величину ЭДС, приняв электродный потенциал катода, равный стандартному. Чему равна стандартная ЭДС?
Решение.
Потенциал данного никелевого электрода будет равен:
ϕ(Ni/Ni2+) = ϕ0(Ni/Ni2+) - ,
где ϕ0(Ni/Ni2+) – стандартный электродный потенциал никелевого электрода; n – число электронов, участвующих в окилительно-восстановительном процессе, для реакции окисления никеля n = 2; [Ni2+] – концентрация ионов никеля в растворе, так как хлорид никеля является сильным электролитом, то концентрацию ионов никеля можно принять равной концентрации раствора соли, то есть 0,01 моль/л.
Находим потенциал никелевого электрода:
ϕ(Ni/Ni2+) = -0,25 - = -0,25 + 0,14 = -0,11 (В).
Раз никелевый электрод должен быть анодом, то в качестве катода нужно выбирать электрод с более положительным потенциалом. Возьмем, например, медный электрод. Тогда схема гальванического элемента будет иметь следующий вид:
(-) Ni|0,01M NiCl2 || Cu2+|Cu (+)
Электродные процессы:
Анод: Ni – 2e = Ni2+
Катод: Cu2+ + 2e = Cu
Уравнение электрохимического процесса:
Ni + Cu2+ = Ni2+ + Cu.
ЭДС элемента рассчитывается по формуле:
ЭДС = ϕ(катода) – ϕ(анода) = 0,34В – (-0,11)В = 0,45В.
Стандартная ЭДС будет равна разнице стандартных потенциалов катода и анода:
ЭДС° = ϕ°(катода) – ϕ°(анода) = 0,34 – (-0,25) = 0, 59 (В).
Задача № 84.
Раствор электролита подвергается электролизу при силе тока 1 А в течение 0,5 часа.