Алгоритми розв’язків задач. Мета проведення:закріпити теоретичні знання з даної теми через складання схем гальванічних елементів

Тема заняття: ЕЛЕМЕНТИ ЕЛЕКТРОХІМІЇ

Мета проведення: закріпити теоретичні знання з даної теми через складання схем гальванічних елементів, рівнянь хімічних процеси, що протікають під час електролізу розплавів та розчинів

Після виконання роботи студент повинен:

Знати: будову гальванічних елементів, процеси електролізу розчинів та розплавів, хімічну та електрохімічну корозію металів

Вміти: складати схеми гальванічних елементів, описувати хімічні процеси, що протікають під час електролізу розплавів та розчинів

Матеріально – технічне оснащення робочого місця: таблиця сòàíäàðòíих åëåêòðîäíих ïîòåíö³àëів (Å⁰) äåÿêèõ ìåòàë³â (ðÿä íàïðóã)

1. ϳä³áðàòè êîåô³ö³ºíòè â îêèñíî–â³äíîâí³é ðåàêö³¿:

H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ = S + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

Ðîçâ’ÿçóâàííÿ

Âèçíà÷àºìî åëåìåíòè, ÿê³ çì³íþþòü ñòóïåí³ îêèñëåííÿ:

^{–2 +7 0 +2}

H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ = S + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Çàïèñóºìî åëåêòðîíí³ ð³âíÿííÿ:

_{–2 0}

S – 2e = S ¦ ¦ 5 îêèñëåííÿ

_{+7 +2} ¦10 ¦

Mn + 5e =Mn ¦ ¦ 2 â³äíîâëåííÿ

Óð³âíþºìî ÷èñëî ìîëåêóë îêèñíèêà ³ â³äíîâíèêà, ÷èñëî àòîì³â ìåòàë³â, íåìåòàë³â, âîäíþ, êèñíþ.

5H₂S + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5S + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O.

2. ϳä³áðàòè êîåô³ö³ºíòè â îêèñíî–â³äíîâí³é ðåàêö³¿:

AgNO₃ = Ag + NO₂ + O₂.

Ðîçâ'ÿçóâàííÿ

^{+1 +5 –2 0 +4 0}

2AgNO₃ = 2Ag + 2NO₂ + O₂.

_{+1 0}

Ag + 1e = Ag ü â³äíîâëåííÿ

_{+5 +4} ý 2e:: 2

N + 1e = N þ: 4: â³äíîâëåííÿ

_{–2 0}::

2O – 4e = O₂ 4e::1 îêèñëåííÿ.

3. Ñêëàñòè ñõåìó åëåêòðîë³çó ðîçïëàâó ÊÎÍ.

Ðîçâ'ÿçóâàííÿ

ÊÎÍ = Ê⁺ + ÎÍ^–

Ê À

(–) Ê⁺ (+) ÎÍ^–

Ê⁺ + 1å = Ê⁰ ï 4 4ÎÍ^– – 4å = 2Í₂Î + Î₂

_{åëåêòðîë³ç}

4Ê⁺ + 4ÎÍ^– ¾¾¾® 4Ê + 2Í₂Î + Î₂

_{åëåêòðîë³ç}

4ÊÎÍ ¾¾¾® 4Ê + 2Í₂Î + Î₂

4. Ñêëàñòè ñõåìó åëåêòðîë³çó âîäíèõ ðîç÷èí³â ç ³íåðòíèìè

àíîäàìè: à) ñóëüôàòó ì³ä³; á) õëîðèäó ìàãí³þ; â) í³òðàòó öèíêó.

Ðîçâ'ÿçóâàííÿ

à) CuSO₄ = Cu²⁺ + SO₄^2–

Ê A

(–) Cu²⁺, H₂O (+) SO₄^2–, H₂O

Cu²⁺ + 2e =Cu⁰ ï 2 2H₂O – 4e = 4H⁺ + O₂

_{åëåêòðîë³ç}

2Cu²⁺ + 2H₂O ¾¾¾® 2Cu⁰ + 4H⁺ + O₂

_{åëåêòðîë³ç}

2CuSO₄ + 2H₂O ¾¾¾® 2Cu⁰ + 2H₂SO₄ + O₂

á) MgCl₂ = Mg²⁺ + 2Cl^–

K A

(–) Mg²⁺, H₂O (+) Cl^–, H₂O

2H₂O + 2e = 2OH^– + H₂ 2Cl – 2e = Cl₂

_{åëåêòðîë³ç}

2H₂O + 2Cl^– ¾¾¾® 2OH^– + H₂ + Cl₂

_{åëåêòðîë³ç}

2H₂O + MgCl₂ ¾¾¾® Mg(OH)₂ + H₂ + Cl₂

â) Zn(NO₃)₂ = Zn²⁺ + 2NO₃^–

K A

(–) Zn²⁺, H₂O (+) NO₃^–, H₂O

Zn²⁺ + 2e = Zn⁰ 2H₂O – 4e = 4H⁺ + O₂

2H₂O + 2e = 2OH^– + H₂

_{åëåêòðîë³ç}

Zn²⁺ + 2H₂O ¾¾¾® Zn⁰ + H₂ + 2H⁺ + O₂

_{åëåêòðîë³ç}

Zn(NO₃)₂ + 2H₂O ¾¾¾® Zn⁰ + H₂ + O₂ + 2HNO₃

5. Ñêëàñòè ñõåìó åëåêòðîë³çó âîäíîãî ðîç÷èíó MgCl₂ ç öèíêîâèì àíîäîì: MgCl₂ =Mg²⁺ + 2Cl^–

Ðîçâ'ÿçóâàííÿ

K A

(–)Mg²⁺, H₂O (+) (Zn) Cl^–, H₂O

2H₂O + 2e = 2OH^– + H₂ Zn⁰ – 2e = Zn²⁺

_{åëåêòðîë³ç}

2H₂O + Zn⁰ ¾¾¾® 2OH^– + H₂ + Zn²⁺

6. Ñòðóì ñèëîþ 6 À ïðîïóñêàëè ÷åðåç âîäíèé ðîç÷èí H₂SO₄ ïðîòÿãîì 1,5

ãîäèíè. Ñê³ëüêè ãðàì³â Í₂Î ðîçêëàëîñÿ?

Ðîçâ'ÿçóâàííÿ

Äàíî: ² = 6 À t = 1.5 ãîä = 5400 ñ F = 96500 Êë m(Í2Î) –?

Å(Í2Î) = Å(Í) + Å(Î) = 1 + 8 = 9 ²·t·Å(Í2Î) 6·5400·9 m(Í2Î) = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ = 3,02 (ã) F 96500 ³äïîâ³äü: 3,02 ã

7. ßêà ìàñà íàòð³þ âèä³ëèòüñÿ íà êàòîä³ ïðè åëåêòðîë³ç³ ðîçïëàâó

éîäèäó íàòð³þ, ÿêùî íà àíîä³ âèä³ëèëîñÿ 762 ã éîäó?

Ðîçâ'ÿçóâàííÿ

Äàíî: m(I2) = 762 ã M(I2)= 254ã/ìîëü m(Na) –?

Ñêëàäàºìî ñõåìó åëåêòðîë³çó ðîçïëàâó éîäèäó íàòð³þ: NaI = Na^+ + I^– K A (–)Na^+ (+) I^– Na^+ + 1e = Na^0 ï 2 2I^– – 2e = I2 åëåêòðîë³ç 2Na + 2I^– ¾¾¾® 2Na^0 + I2^0   åëåêòðîë³ç 2NaI ¾¾¾® 2 Na^0 + I2^0 1 ñïîñ³á Çà ð³âíÿííÿì åëåêòðîë³çó íàòð³þ âèä³ëèòüñÿ â 2 ðàçè á³ëüøå ìîë³â, í³æ éîäó. n(I2) = 762/ 254 = 3 (ìîëü); n(Na) = 2·3 = 6 ìîëü m(Na) = n (Na)·Ar(Na) = 6·23 = 138 (ã) 2 ñïîñ³á Âèçíà÷àºìî çà ìàñîþ éîäó ê³ëüê³ñòü åëåêòðèêè, ÿêà ïðîéøëà ÷åðåç ðîç÷èí: Q·E(I2) m(I2)·F 762 ·96500 m(I2) = ¾¾¾¾; Q = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 579000(Êë) F E(I2) 127 E (Na) = 23/1 = 23; E(I) = 127/1 = 127 Q·E(Na) 579000·23 m(Na) = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 138 (ã). F 96500   3 ñïîñ³á Çà çàêîíîì åêâ³âàëåíò³â m1/m2 = E1/E2 E(I) = 127/1 =127; E(Na) = 23/1 =23 m(Na)/762=23/127 Þ m(Na)= 23·762/127 =138(ã) ³äïîâ³äü: 138 ã

8. Ðîçðàõóâàòè åëåêòðîäíèé ïîòåíö³àë öèíêó, îïóùåíîãî â 0,001 Ì ðîç÷èí ZnCl₂

Ðîçâ’ÿçóâàííÿ

Äàíî: ÑÌ(ZnCl2) = 0,001Ì Å^0(Zn^2+/Zn^0)=–0,76B E(Zn^2+/ Zn^0) –?

Åëåêòðîäíèé ïîòåíö³àë ðîçðàõîâóºìî çà ð³âíÿííÿì Íåðíñòà: 0,059 0,059 Å=Å^0 + ¾¾lg[Zn^2+] = –0,76 + ¾¾ lg10^–3= n 2 = –0,76 – 0,0295·3 = –0,85 (B) ³äïîâ³äü: –0,85 Â

9. Ñêëàñòè ñõåìó ãàëüâàí³÷íîãî åëåìåíòà, åëåêòðîäàìè â ÿêîãî º ìàãí³ºâà ³ í³êåëåâà ïëàñòèíêè, çàíóðåí³ â îäíîìîëÿðí³ ðîç÷èíè ñâî¿õ ñîëåé. Âèðàõóâàòè ÅÐÑ öüîãî åëåìåíòà.

Ðîçâ’ÿçóâàííÿ

Òàê ÿê ìàãí³é ìຠìåíøèé åëåêòðîäíèé ïîòåíö³àë

(Å⁰(Mg²⁺/Mg⁰) = –2,37 Â) í³æ í³êåëü (Å⁰( Ni²⁺/Ni⁰) = –0,25 Â), òîìó â³í áóäå àíîäîì, à í³êåëü – êàòîäîì.

À(–): Mg⁰ – 2e = Mg²⁺ Ê(+): Ni²⁺ + 2e = Ni⁰.

Äàíèé ãàëüâàí³÷íèé åëåìåíò ïðàöþº çà ðàõóíîê îêèñíî–â³äíîâíîãî ïðîöåñó: Mg⁰+ Ni²⁺= Mg²⁺+ Ni⁰. Çàïèñóþ÷è ñõåìó ãàëüâàí³÷íîãî åëåìåíòó, ñïî÷àòêó âêàçóþòü àíîä, âåðòèêàëüíîþ ë³í³ºþ ïîçíà÷àþòü ïîâåðõíþ ïîä³ëó ì³æ ìåòàëîì ³ ðîç÷èíîì, à ïîò³ì àíàëîã³÷íî çàïèñóþòü êàòîä. Êàòîä â³ä àíîäó ðîçä³ëÿþòü äâîìà âåðòèêàëüíèìè ë³í³ÿìè:

(–) Mg½ Mg²⁺½½ Ni²⁺½ Ni (+).

ÅÐÑ ãàëüâàí³÷íîãî åëåìåíòó ïðè ñòàíäàðòíèõ óìîâàõ ³ êîíöåíòðàö³¿ ðîç÷èí³â 1 ìîëü/ë äîð³âíþº: ÅÐÑ = Å_êàòîäó – Å_àíîäó.

ÅÐÑ=Å^î(Ni²⁺/Ni)—Å^î(Mg²⁺/Mg)= –0,25–(–2,37) = 2,12 (B).

10.Ãàëüâàí³÷íèé åëåìåíò ñêëàäàºòüñÿ ç ïëàñòèíè öèíêó, çàíóðåíî¿

â 0,1 Ì ðîç÷èí í³òðàòó öèíêó, ³ ïëàñòèíè ìåòàë³÷íîãî ñâèíöþ,

çàíóðåíî¿ â 0,02 Ì ðîç÷èí í³òðàòó ñâèíöþ. Ñêëàñòè ñõåìó åëå–

ìåíòà, âèçíà÷èòè ÅÐÑ, íàïèñàòè ð³âíÿííÿ åëåêòðîäíèõ ïðîöåñ³â.

Ðîçâ’ÿçóâàííÿ

CM(Zn(NO3)2)= = 0,1M CM(Pb(NO3)2)= = 0,02M Å^0(Zn^2+/Zn^0= = –0,76B Å^0(Pb^2+/Pb^0)= = –0,13B ÅÐÑ –?

Ðîçðàõóºìî çíà÷åííÿ åëåêòðîäíèõ ïîòåíö³àë³â äëÿ ñèñòåì Zn^2+/Zn^0 ³ Pb^2+/Pb^0: 0,059 0,059 Å(Zn^2+/Zn^0)=Å^0 + ¾¾lg[Zn^2+]= –0,76+ ¾¾ lg0,1 = n 2   = –0,76 – 0,0295·1 = –0,79 (B)   0,059 0,059 Å(Pb^2+/Pb^0)= Å^0+¾¾lg[Pb^2+]= –0,13+ ¾¾ lg0,02= n 2 = –0,13 + 0,0295·(–1,7) = –0,18 (B) Çíàõîäèìî ÅÐÑ ãàëüâàí³÷íîãî åëåìåíòà ÅÐÑ = Å(Pb^2+/Pb^0) – Å(Zn^2+/Zn^0) = = –0,18–(–0,79) = 0,61 (Â) Ñâèíåöü º êàòîäîì: Pb^2+ + 2e ® Pb^0; íà öèíêîâîìó àíîä³ áóäå ïðîõîäèòè ïðîöåñ îêèñëåííÿ: Zn^0® Zn^2+ + 2e. Ñõåìà îäåðæàíîãî ãàëüâàí³÷íîãî åëåìåíòà ìຠâèãëÿä: (–)Zn½Zn(NO3)2(0,1M)½½Pb(NO3)2(0,02M)½Pb(+)

11.Çàïèñàòè ïðîöåñ àòìîñôåðíî¿ êîðî糿 ìàãí³þ ó ïàð³ ç ì³ääþ ó

êèñëîìó ³ íåéòðàëüíîìó ñåðåäîâèùàõ.

Ðîçâ’ÿçóâàííÿ

Îñê³ëüêè Mg ìຠåëåêòðîäèé ïîòåíö³àë ìåíøèé, í³æ Cu (Å⁰(Mg²⁺/Mg⁰) = –2,36B; Å⁰(Cu²⁺/Cu⁰) = 0,34 B), â³í áóäå ó ãàëüâàí³÷í³é ïà­ð³ Mg½½Cu àíîäîì, à ì³äü – êàòîäîì.

Êèñëå ñåðåäîâèùå

À(–) (Mg) K(+)Cu

Mg⁰ – 2e = Mg²⁺; 2H⁺ + 2e = H₂

Mg⁰ + 2H⁺= Mg²⁺ + H₂

Íåéòðàëüíå ñåðåäîâèùå

À(–) (Mg) K(+)Cu

Mg⁰ – 2e = Mg²⁺ ô 2; 2H₂O + O₂ + 4e = 4OH^–

2 Mg⁰+ 2H₂O + O₂ = 2 Mg²⁺ + 4OH^–

2 Mg⁰+ 2H₂O + O₂ = 2Mg(OH)₂.

Зміст завдань для самоконтролю

1–5. Çîáðàçèòè ñõåìàòè÷íî ãàëüâàí³÷íèé åëåìåíò, çàïèñàòè ðåàêö³¿ àíîäíîãî òà êàòîäíîãî ïðîöåñ³â, îá÷èñëèòè ÅÐÑ, ÿêùî ãàëüâàí³÷íèé åëåìåíò ñêëàäåíèé ç åëåêòðîä³â:

1. ì³äíîãî òà öèíêîâîãî, çàíóðåíèõ â 1Ì ðîç÷èíè ¿õ ñóëüôàò³â;

2. ñð³áíîãî òà çàë³çíîãî, çàíóðåíèõ â 1Ì ðîç÷èíè ¿õ í³òðàò³â;

3. êàä쳺âîãî òà ì³äíîãî, çàíóðåíèõ â 1Ì ðîç÷èíè ¿õ õëîðèä³â;

4. çîëîòîãî òà êàä쳺âîãî, çàíóðåíèõ â 1Ì ðîç÷èíè ¿õ õëîðèä³â;

5. ìàãí³ºâîãî òà öèíêîâîãî, çàíóðåíèõ â 1Ì ðîç÷èíè ¿õ ñóëüôàò³â;

6. ßê³ õ³ì³÷í³ ïðîöåñè ïðîò³êàþòü íà åëåêòðîäàõ ïðè çàðÿäæàíí³ ³ ðîçðÿäæàíí³ ñâèíöåâîãî êèñëîãî àêóìóëÿòîðà?

7. ßê³ õ³ì³÷í³ ïðîöåñè ïðîò³êàþòü íà åëåêòðîäàõ ïðè çàðÿäæàíí³ ³ ðîçðÿäæàíí³êàäì³é–í³êåëåâîãî ëóæíîãî àêóìóëÿòîðà?

8. ßê³ õ³ì³÷í³ ïðîöåñè ïðîò³êàþòü íà åëåêòðîäàõ ïðè çàðÿäæàíí³ ³ ðîçðÿäæàíí³ öèíê–ñð³áíîãî ëóæíîãî àêóìóëÿòîðà?

9 –13. Îá÷èñëèòè ÅÐÑ ãàëüâàí³÷íîãî åëåìåíòà òà çàïèñàòè éîãî ñõåìó, ÿêùî â³í ñêëàäåíèé ç:

9. ì³äíîãî åëåêòðîäó, çàíóðåíîãî â 0,001 Ì ðîç÷èí Ñu(NO3)2 ³ öèíêîâîãî, çàíóðåíîãî â 0,002 Ì ðîç÷èí Zn(NO3)2;

10. ñð³áíîãî åëåêòðîäó, çàíóðåíîãî â 0,05 Ì ðîç÷èí AgNO3 ³ çàë³çíîãî, çàíóðåíîãî â 0,03 Ì ðîç÷èí Fe(NO3)3;

11. êàä쳺âîãî åëåêòðîäó, çàíóðåíîãî â 0,3Ì ðîç÷èí ÑdCI2 ³ àëþì³í³ºâîãî, çàíóðåíîãî â 0,3 Ì ðîç÷èí AICI3;

12. çîëîòîãî åëåêòðîäó, çàíóðåíîãî â 0,5 Ì ðîç÷èí AuCI3 ³ êàä쳺âîãî, çàíóðåíîãî â 0,25 Ì ðîç÷èí Cd(NO3)2;

13. ìàãí³ºâîãî åëåêòðîäó, çàíóðåíîãî â 0,05 Ì ðîç÷èí Mg(NO3)2 ³ öèíêîâîãî, çàíóðåíîãî â 0,05 Ì ðîç÷èí ZnSO4;

14. Ñêëàñòè ñõåìè äâîõ ãàëüâàí³÷íèõ åëåìåíò³â, â îäíîìó ç ÿêèõ ì³äü áóëà á êàòîäîì, à â äðóãîìó —àíîäîì. Íàïèñàòè ð³âíÿííÿ ðåàêö³é, ÿê³ ïðîõîäÿòü ïðè ðîáîò³ öèõ åëåìåíò³â, âèçíà÷èòè çíà÷åííÿ ÅÐÑ.

15. Ìàðãàíöåâèé åëåêòðîä â ðîç÷èí³ éîãî ñîë³ ìຠïîòåíö³àë – 1,23 Â. Âèçíà÷èòè êîíöåíòðàö³þ éîí³â Mn2+.

16. Âèçíà÷èòè ÅÐÑ ãàëüâàí³÷íîãî åëåìåíòà:

Ag ô AgNO3 (0,001M) ôô AgNO3 (0,01M) ô Ag

17. Ñêëàñòè ñõåìó ãàëüâàí³÷íîãî åëåìåíòó, â îñíîâ³ ÿêîãî ëåæèòü ðåàêö³ÿ

Ni + Pb(NO3)2 = Ni(NO3)2 + Pb. Îá÷èñëèòè ÅÐÑ öüîãî åëåìåíòó, ÿêùî

[Ni2+] = 0,01 ìîëü/ë; [Pb2+]=0,0001 ìîëü/ë.

18. Ñêëàñòè ñõåìó åëåêòðîë³çó ðîçïëàâó:

18. ZnCl₂; 21. CuS;

19. NaOH; 22. AlCl₃;

20. MgCl₂; 23. CaS.

24–28. Ñêëàñòè ñõåìó åëåêòðîë³çó âîäíèõ ðîç÷èí³â íàñòóïíèõ ðå÷îâèí, ÿêùî:à) àíîä âóã³ëüíèé; á) àíîä ì³äíèé.

24. ÍNO₃, CuCl₂; 27. Na₂SO₃, Ba(OH)₂

25. H₂SO₄, Pb(NO₃)₂; 28. ZnBr₂, Sr(OH)₂

26. H₃PO₄, Na₂S;

29–34. Çàïèñàòè ïðîöåñè êîðî糿, ÿê³ â³äáóâàþòüñÿ â êèñëîìó (ñîëÿíî–êèñëîìó) ³ âîëîãîìó íåéòðàëüíîìó ñåðåäîâèù³ äëÿ ïàðè ìåòàë³â:

29. Mg /Fe; 32. Fe / Ag;

30. Al / Cu; 33. Cr / Fe;

31. Zn / Ni; 34. Cu / Ag;

Рекомендована література:[1 – 4, 6]

Дата добавления: 2015-05-23