Вопрос 3. 2 страница

Комплексное тестовое задание 9 по теме "Окислительно-восстановительные реакции и свойства веществ"

Правильные ответы по п. А приведены в конце пособия в таблице 4.2.

Даны ряды веществ-реагентов в ОВР (табл. 3.43). Для веществ по Вашему варианту выполните задания:

А. Определите, в какой последовательности изменяются указанные свойства частиц этих веществ в ОВР.

Б. 1. Определите степени окисления всех элементов в данных молекулах и возможные роли содержащихся в них химических частиц (атомы, анионы, катионы) в окислительно-восстановительных реакциях. Ответ обоснуйте.

2. Укажите классы веществ, их химические названия и характер (кислотные, основные или амфотерные оксиды или гидроксиды; соединения элементов с водородом). Ответ обоснуйте.

3. Свой ответ по заданию А обоснуйте с объяснением, что такое окислитель и восстановитель, окислительная и восстановительная способность.

4. Напишите общее математическое уравнение, позволяющее прогнозировать возможность протекания ОВР (с расшифровкой составляющих их величин). Укажите, при каком условии, вытекающем из этого выражения, ОВР возможна.

Для правильного ответа необходимо принять во внимание последовательность изменения атомных радиусов, значений электроотрицательностей и степеней окисления элементов в молекулах веществ-реагентов.

Таблица 3.43 – Тестовое задание 21 (Т-21)

Ва-ри- ант	Вещества – реагенты в ОВР	Анализируемые в данных веществах:	Последовательность изменения анализируемых свойств
химические частицы	свойства химических частиц
	HJ, J2, J2O5	J	восстановительные	увеличиваются	уменьшаются	не изменяются
	MoO3, CrO3	катионы металлов	окислительные	уменьшаются	увеличиваются	не изменяются
	NiBr2, FeBr2	катионы металлов	восстановительные	не изменяются	уменьшаются	увеличиваются
	HJ, HBr, HCl	H	окислительные	увеличиваются	не изменяются	уменьшаются
	CoO, FeO	катионы металлов	восстановительные	уменьшаются	не изменяются	увеличиваются
	H2TeO4, H2SO4	элементы VI гр.	окислительные	уменьшаются	увеличиваются	не изменяются
	S, SO2, SO3	S	окислительные	увеличиваются	уменьшаются	не изменяются
	H2S, H2Se, H2Te	элементы VI гр.	восстановительные	уменьшаются	не изменяются	увеличиваются
	HCl, HBr, HJ	галогены	восстановительные	не изменяются	увеличиваются	уменьшаются
	CH4, NH3, H2O	элементы 2-го периода	восстановительные	не изменяются	увеличиваются	уменьшаются
	Fe, FeCl2, FeCl3	Fe и его катионы	восстановительные	не изменяются	уменьшаются	увеличиваются
	VO, VO2, V2O5	катионы V	окислительные	увеличиваются	уменьшаются	не изменяются
	As, As2O3, As2O5	As	окислительные	уменьшаются	увеличиваются	не изменяются
	NO, N, NH3	N	восстановительные	уменьшаются	не изменяются	увеличиваются
	CrO, Cr2O3, CrO3	катионы Cr	окислительные	не изменяются	уменьшаются	увеличиваются
	CuO, CaO	катионы металлов	окислительные	не изменяются	увеличиваются	уменьшаются
	Na2O, H2O	катионы	окислительные	уменьшаются	не изменяются	увеличиваются

Продолжение таблицы 3.43 – Тестовое задание 21 (Т-21)

Ва-ри- ант	Вещества – реагенты в ОВР	Анализируемые в данных веществах:	Последовательность изменения анализируемых свойств
химические частицы	свойства химических частиц
	GeO2, PbO2	катионы металлов	окислительные	увеличиваются	уменьшаются	не изменяются
	C, CO, CO2	C	окислительные	увеличиваются	не изменяются	уменьшаются
	TeO3, SeO3, SO3	элементы VI гр.	окислительные	уменьшаются	увеличиваются	не изменяются
	V2O3, Fe2O3	катионы металлов	окислительные	увеличиваются	не изменяются	уменьшаются
	Mn, MnO, Mn2O5	Mn и его катионы	восстановительные	уменьшаются	не изменяются	увеличиваются
	HNO3, H3PO4,	элементы V гр.	окислительные	увеличиваются	уменьшаются	не изменяются
	BeH2, MgH2, CaH2	Н	восстановительные	уменьшаются	не изменяются	увеличиваются
	GeCl2, SnCl2	катионы металлов	восстановительные	не изменяются	увеличиваются	уменьшаются
	H2SiO3, H3PO4, H2SO4(разб)	Н	окислительные	уменьшаются	увеличиваются	не изменяются
	SiH4, AlH3, NaH	Н	восстановительные	увеличиваются	уменьшаются	не изменяются
	V2O5, CrO3, Mn2O7	катионы металлов	окислительные	не изменяются	увеличиваются	уменьшаются
	KH, NaH, LiH	Н	восстановительные	не изменяются	уменьшаются	увеличиваются
	Br2, HBr, HJ	галогены	восстановительные	увеличиваются	уменьшаются	не изменяются
	HBrO3, HClO3	галогены	окислительные	уменьшаются	увеличиваются	не изменяются
	HF, H2O, NH3	Н	окислительные	увеличиваются	не изменяются	уменьшаются
	BH3, AlH3, GaH3	Н	восстановительные	уменьшаются	не изменяются	увеличиваются
	P, P2O3, P2O5	Р	окислительные	не изменяются	уменьшаются	увеличиваются
	As2O3, P2O3, N2O3	элементы V гр.	восстановительные	не изменяются	увеличиваются	уменьшаются

Задание 14. Электродные потенциалы и гальванические элементы (по разделам стандартов: окислительно-восстановительные свойства веществ, химия элементов (металлов), электрохимические системы).

Рекомендуемая литература: [1], гл. 9, § 9.3, 9.4; [2], гл. 9, § 9.2, 9.3; [3], гл. 8, § 5, 6; [4], гл. 10, § 4-6; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Какое строение имеет кристаллическая решетка металлов. Уметь привести ее схематическое изображение.

1.2. Какие процессы происходят на поверхности металла, находящегося в контакте с водным раствором электролита, и какова в них роль воды. Уметь изобразить схему этих процессов с участием диполей воды и привести схему проходящей при этом поверхностной реакции.

1.3. Каковы сущность и названия обратимых процессов, происходящих на границе металла с раствором электролита (выход катионов металла в раствор и их возврат).

1.4. Что представляет собой электрод как разновидность химической системы, из каких частей он состоит.

1.5. Что является причиной возникновения двойного электрического слоя и поверхностного электродного потенциала в системе металл – раствор электролита.

1.6. Каким образом и в каких условиях экспериментально определяются значения стандартных поверхностных электродных потенциалов в системе Met/Metⁿ⁺, как называется ряд этих потенциалов; в какой последовательности расположены металлы в этом ряду.

1.7. Какое математическое выражение имеет формула Нернста для расчетов значений (при 298 К) электродных окислительно-восстановительных потенциалов различных веществ в ОВР и, в частности, с участием металлов.

1.8. Как рассчитывается значение электродного потенциала в системе Met / Metⁿ⁺ при 298 К и концентрации катионов металла, не равной 1 моль/кг воды.

1.9. Какие свойства металла и характеристики его атомов и катионов влияют на величину электродного потенциала в системе Met / Metⁿ⁺ и каким образом.

1.10. Что представляют собой электрохимические системы и процессы.

1.11. Что представляют собой гальванические элементы по устройству и характеру процессов, проходящих в них. Уметь отразить это полной и сокращенной схемами гальванического элемента.

1.12. Из каких электродов состоит гальванический элемент; как эти электроды различаются по значению электродных потенциалов и по процессам, в них происходящих.

1.13. Какие химические реакции проходят на границах раздела фаз в аноде и катоде. Уметь написать уравнения таких реакций и суммарное уравнение реакции, приводящей к возникновению электрического тока.

1.14. Что отражает и как математически выражается электродвижущая сила гальванического элемента.

1.15. Почему уменьшается Э.Д.С. гальванического элемента в процессе его эксплуатации; что представляет собой явление поляризации.

1.16. В чем заключается различие между гальваническими элементами разных типов (Якоби-Даниэля, Вольта, концентрационных).

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

Дан металл, который погружен в раствор электролита (варианты систем приведены в таблице 3.44). Применительно к своему варианту выполните следующие задания и ответьте на вопросы:

2.1. Для данного металла приведите схему фрагмента его металлической решетки. Объясните, как образуется металлическая связь.

2.2. Приведите схему возникновения двойного электрического слоя на границе раздела этого металла и данного электролита. Объясните, в чем заключается роль воды в этом процессе и отразите это схематически; привыедитехимическое уравнение поверхностной реакции, проходящей с участием воды.

Таблица 3.44

Вари-ант	Металл	Электролит, в который погружен металл	Вари- ант	Металл	Электролит, в который погружен металл
	Mg	в растворе NaOH		Ag	в воде
	Al	в воде		Cu	в растворе HCl
	Mn	в растворе NaCl		Mg	в растворе MgSO4
	Zn	в растворе ZnCl2		Ag	в растворе KOH
	Cr	в воде		Pb	в воде
	Fe	в растворе FeSO4		Sn	в растворе SnSO4
	Cd	в растворе CdCl2		Ni	в растворе KOH
	Co	в воде		Co	в растворе Co(NO3)2
	Ni	в растворе NiCl2		Cd	в воде
	Sn	в воде		Fe	в растворе FeCl3
	Pb	в растворе Pb(NO3)2		Cr	в растворе CrCl3
	Cu	в воде		Zn	в воде
	Ag	в растворе разб. H2SO4		Mn	в растворе Mn(NO3)2
	Cu	в растворе CuSO4		Al	в растворе AlCl3
	Ag	в растворе AgNO3		Cu	в растворе NaOH
	Ti	в растворе TiCl4		Fe	в растворе CaCl2

Продолжение таблицы 3.44

Вари-ант	Металл	Среда, в которую погружен металл	Вари- ант	Металл	Среда, в которую погружен металл
	Fe	в воде		Cr	в растворе Na2SO4
	Cr	в растворе KCl		Zn	в воде

2.3. Какова сущность двух конкурирующих процессов (электролитической упругости растворения и ионного осмоса), проходящих на границе "металл – электролит" (на примере схемы, приведенной в п. 2.2).

2.4. Объясните, как возникают двойной электрический слой и электродный потенциал на границе "металл – электролит"; чем определяется знак (положительный или отрицательный) электродного потенциала. Ответ дайте на примере схемы в п. 2.2.

2.5. Что представляют собой относительные стандартные электродные потенциалы металлов в системе Met / Metⁿ⁺ и как они определяются экспериментально. Приведите значение электродного потенциала для данного Вам металла.

2.6. Какое математическое выражение имеет уравнение Нернста для определения электродных потенциалов металлов при 298 К и любой концентрации электролита; расшифруйте входящие в него величины.

2.7. Для данного Вам металла подберите второй металл и составьте полную и краткую схемы гальванического элемента, в состав электродов которого входят эти два металла в растворах соответствующих собственных солей (по типу гальванического элемента Якоби-Даниэля).

2.8. Укажите в составленном гальваническом элементе анод и катод, обоснуйте свой ответ. Приведите уравнения и названия процессов, проходящих на этих электродах, а также уравнение суммарной реакции, приводящей к возникновению электрического тока в составленном гальваническом элементе.

2.9. Напишите математическое выражение для расчета ЭДС гальванических элементов при стандартных условиях, укажите названия входящих в него величин; рассчитайте значение ЭДС для гальванического элемента, составленного Вами по п. 2.7, при стандартных условиях.

2.10. На основании уравнения Нернста укажите, уменьшится или возрастет значение ЭДС гальванического элемента по типу Якоби-Даниэля, рассчитанное Вами в п. 2.9, при концентрации собственной соли в прианодном пространстве, равной 2 моль/кг воды. Обоснуйте свой ответ.

Комплексное тестовое задание 10 по теме "Электродные потенциалы и гальванические элементы"

Правильные ответы по п. А приведены в конце пособия в таблице 4.2.

Вопрос 1. Даны металлы (табл. 3.45), погруженные в воду, или в водный раствор электролита, или в растворитель – неэлектролит (спирт, бензин, керосин, бензол, толуол, эфир, хлороформ).

А. Выберите правильный ответ (1, 2 или 3), указывающий, какой заряд возникает или не возникает вообще на поверхности данного в Вашем варианте металла, погруженного в указанный раствор или растворитель.

Б. Ответ по п. А обоснуйте. В случае возникновения поверхностного заряда изобразите схему процесса и уравнение реакции, проходящих под влиянием растворителя на границе раздела фаз в системе "металл – жидкость".

Дайте название обратимым процессам, проходящим на границе раздела фаз, и укажите, какой из них преобладает в данном случае и почему.

Таблица 3.45 – Тестовое задание 22 (Т-22)

Ва- ри- ант	Ме-талл	Раствор или раство- ритель	Поверхностный заряд металла (набор ответов)	Ва-ри- ант	Ме- талл	Раствор или раство- ритель	Поверхностный заряд металла (набор ответов)
	Al	р-р AlCl3		+	–		Ag	вода		+	–
	Zn	бензол	+		–		Co	хлороформ	+	–
	Mg	р-р MgSO4	–		+		Mn	р-р NaCl	–		+
	Cd	вода	–	+			Cu	вода	+		–
	Cu	р-р NaOH		–	+		Ag	р-р разб. H2SO4		+	–
	Cr	р-р Na2SO4		–	+		Cu	р-р CuSO4	–	+
	Mn	р-р Mn(NO3)2	+		–		Ag	р-р AgNO3	+	–
	Ag	бензин	+	–			Fe	вода		–	+
	Cr	р-р CrCl3	–	+			Zn	р-р ZnCl2	–		+
	Fe	керосин	–		+		Sn	вода	–	+
	Zn	вода		+	–		Ni	р-р NiCl2		–	+
	Cu	р-р HCl	+		–		Pb	толуол		+	–
	Pb	вода		+	–		Cd	р-р CdCl2	+		–
	Sn	р-р SnSO4	–	+			Mg	р-р NaOH		–	+
	Ni	р-р KOH	–		+		Co	р-р Co(NO3)2	+	–
	Cr	р-р KCl	+		–		Al	спирт	–		+
	Fe	р-р CaCl2	+	–			Fe	р-р FeSO4	–	+
	Ti	эфир		–	+		Cr	вода		+	–

Условные обозначения: "р-р" – раствор; "+" -положительный заряд; "–" -отри-цательный заряд; "0" – заряд не возникает.

Вопрос 2. В каждом варианте даны три металла с разной электрохимической активностью (табл. 3.46), погруженные в растворы собственных солей.

А. Из данных металлов выберите два металла (1 и 2, или 1 и 3, или 2 и 3) для создания анода и катода в составе гальванического элемента с наибольшим значением ЭДС.

Б. Обоснуйте свой ответ, исходя из строения атомов и ряда напряжений металлов; запишите общее математическое выражение ЭДС рассматриваемого Вами гальванического элемента. Изобразите упрощенную схему этого гальванического элемента, указав анод и катод, уравнения и названия химических реакций на аноде, на катоде и суммарной реакции, приводящей в возникновению электрического тока.

Таблица 3.46 – Тестовое задание 23 (Т-23)

Ва- ри- ант	Металлы в составе электродов (набор ответов)	Ва- ри- ант	Металлы в составе электродов (набор ответов)
	Mg	Sn	Pt		Mn	Sn	Pb
	Cu	Fe	Al		Sn	Cr	Pb
	Zn	Sb	Mg		Fe	Mg	Pd, H2
	Cr	Fe	Pb		Cr	Al	Pd, H2
	Mn	Ag	Sn		Os	Co	Pb
	Ni	Cu	Au		Be	Sn	Fe
	Cd	Al	Pb		Ni	Fe	Cu
	Ag	Zn	Cu		Al	Cd	Pt
	Co	Mn	Sb		Pb	Co	Bi
	Pd	Pb	Cd		Zn	Al	Pb
	Zn	Ag	Pb		Sc	Fe	Sb
	Cr	Mg	Cu		Be	Mn	Ag
	Sn	Co	Pt, H2		Mg	Cd	Pb
	Ni	Al	Sn		Ag	Zn	Sn
	Zn	Pb	Au		Mg	Ni	Pb
	Au	Ga	Sn		Pt, H2	Au	Sn
	V	Cu	Pd		Pb	Cu	Pt
	Ag	Mo	Au		Bi	Mn	Au

Задание 15. Реакции окисления металлов (по разделам стандартов: окислительно-восстановительные свойства и реакции веществ, химический анализ, химия элементов (металлов))

Рекомендуемая литература: [1], гл. 11, § 11.3.2; [2], гл. 11, § 11.5-11.9; [3], гл. 11, § 7-10; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Почему металлы в ОВР могут быть только восстановителями, и как это связано с особенностями строения их атомов. Ответ уметь подтвердить примерами.

1.2. Какие функции в ОВР могут выполнять катионы металлов, и какова взаимосвязь между восстановительной способностью металла и окислительной способностью его катиона. Ответ уметь подтвердить примерами.

1.3. В какой зависимости от значения стандартного электродного потенциала находятся восстановительная активность металла и окислительная активность его катиона.

1.4. Какая величина и уровень ее значения позволяют прогнозировать возможность окисления металла конкретным окислителем; каково математическое выражение этой величины при стандартных условиях ОВР с участием металлов, а также при значениях концентраций, отличающихся от единицы. При каких значениях этой величины процесс окисления металла возможен.

1.5. Какие вещества и конкретные химические частицы в них являются окислителями металлов в водных нейтральной, щелочной и кислой (в случае кислот-"неокислителей") средах.

1.6. Какие химические частицы являются окислителями в концентрированной H₂SO₄, разбавленной H₂SO₄ и HNO₃ любых концентраций.

1.7. Какие процессы, протекающие на поверхности металла, и какие образующиеся при этом соединения предотвращают или быстро останавливают окисление металлов водой и кислотами. Уметь привести примеры.

1.8. Какие металлы и почему вообще не окисляются концентрированной или разбавленной H₂SO₄; концентрированной HNO₃; HNO₃ любых концентраций; или процесс окисления начинается, но быстро останавливается.

1.9. Каким образом состав продуктов восстановления металлами концентрированной H₂SO₄ и азотной кислоты зависит от электрохимической активности металла, концентрации HNO₃ и температуры среды.

1.10. Какие именно металлы и почему способны окисляться в водных растворах щелочей; что в этих системах является окислителем, и какую роль выполняет щелочь. Уметь написать уравнения всех реакций, протекающих в системе "металл – водный раствор щелочи".

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

Даны реакционные системы (при 298 К), включающие металлы и окислители (варианты заданий приведены в таблице 3.47). Применительно к своему варианту выполните следующие задания:

2.1. Для каждого из металлов, данных в Вашем варианте, приведите электронно-графическую формулу валентных электронов атома в основном и возбужденных состояниях. Определите его возможные степени окисления.

Дата добавления: 2014-12-26