![]() КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Примеры решения задач. Гальванические элементы. Электролиз
Гальванические элементы. Электролиз. Задача 1. Потенциал кадмиевого электрода, у которого токопроводящей фазой является насыщенный водный раствор Cd(OH)2, равен при температуре 298,15 K −0,55 В. Вычислите значение Решение. Используя адаптированную для Т = 298,15 K форму уравнения Нернста для этого электрода Поскольку Cd(OH)2 является малорастворимым соединением, то его насыщенный водный раствор является предельно разбавленным, поэтому в приведенном уравнении вместо активности используется равновесная концентрация ионов Cd2+. После преобразования и подстановки данных находят lg Откуда
В насыщенном водном растворе Cd(OH)2 устанавливается равновесие, описываемое следующим уравнением Cd(OH)2 (т) ⇄ Cd2+(р) + 2ОН−(р). Видно, что равновесная концентрация ОН—ионов в 2 раза больше таковой ионов Cd2+ и таким образом составляет: 1,04∙10−5 ∙ 2 = 2,08∙10−5 моль/л. По определению ПР этого соединения есть
После подстановки данных в последнее выражение получают
Табличное значение
Задача 2. Уравнениями опишите электродные процессы, протекающие в гальваническом элементе, схема которого: (−) Ag | Pb | Pb2+ || Cu2+ | Cu | Ag (+). Покажет ли ток амперметр, включенный во внешнюю цепь этого элемента, если Решение. Данный гальванический элемент состоит из двух металлических электродов: свинцового и медного. Известно, что катодом в гальваническом элементе является электрод с большим потенциалом. Так как разница в значениях стандартных потенциалов этих электродов Е 0 = то по значению уже стандартных потенциалов можно однозначно сказать, что медный электрод – катод, а свинцовый – анод. В соответствии с этим уравнения электродных процессов таковы: (−)А: Pb → Pb2+ + 2ē (+)K: Cu2+ + 2ē → Cu. Далее по адаптированной для Т = 298,15 K форме уравнения Нернста рассчитываю потенциалы свинцового и медного электродов
Так как ЭДС этого гальванического элемента Е = то, следовательно, ток во внешней цепи присутствует. Его наличие амперметр покажет отклонением стрелки. Складывая уравнения анодного и катодного процессов, получают уравнение токообразующей реакции в ионно-молекулярной форме Pb + Cu2+ ⇄ Pb2+ + Cu. Предварительного подведения баланса электронов с помощью коэффициентов при этом не требуется, так как в анодном и катодном процессах их участвует одинаковое число (2). Значение стандартной константы равновесия K ° токообразующей реакции рассчитывают по стандартному уравнению изотермы ∆r G 0298= −R∙298,15∙2,3∙lg K °, в котором ∆r G 0298= − nFE 0. Подставляя в эти два уравнения значения постоянных F и R и затем их сочетая, получают lg K ° = а K ° = 4,90∙1015. Столь большое значение последней говорит о сильном смещении положения равновесия в токообразующей реакции вправо, т.е. о практически необратимом ее протекании в направлении продуктов. Электрическая работа в гальваническом элементе совершается за счет убыли энергии Гиббса, т.е. A = −∆r G = nFE = 2∙96485,3∙0,404 = 77960,12 Дж.
Задача 3. Электролизу подвергают водный раствор, содержащий смесь солей: ZnBr2 и Cu(NO3)2. Электроды (анод и катод) являются графитовыми. Уравнениями описать протекающие при этом электродные процессы, а также привести суммарное уравнение электролиза. Решение. Приведенные хорошо растворимые соли в водном растворе находятся в полностью диссоциированном состоянии (сильные электролиты) ZnBr2 → Zn2+ + 2Br− Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3−. Таким образом, в растворе присутствуют: два вида анионов (Br− и NO3−), два вида катионов (Zn2+ и Cu2+) и молекулы растворителя (Н2О). С участием перечисленных частиц и будут протекать электродные процессы. В анодном процессе могут участвовать молекулы Н2О и анионы Br− и NO3−, в катодном − молекулы Н2О и катионы Zn2+ и Cu2+. Возможными анодными полуреакциями являются следующие:
(+)А: 2Br− → Br2 + 2ē NO3−-ионы не окисляются в водных растворах Известно, что на аноде в первую очередь окисляется самый сильный восстановитель – восстановитель с наименьшим значением потенциала. Несмотря на то что потенциал первой полуреакции меньше, но из-за значительного перенапряжения выделения кислорода, особенно при больших плотностях тока, на аноде осуществляется вторая полуреакция. При этом в прианодном пространстве накапливаются NO3—ионы. Возможными катодными полуреакциями являются следующие:
2Н2О +2ē → Н2↑ + 2ОН−
Cu2+ + 2ē → Cu Известно, что на катоде в первую очередь восстанавливается самый сильный окислитель – окислитель с наименьшим значением потенциала. Выделение водорода, также как и кислорода, протекает со значительным перенапряжением, но все равно наибольшее значение потенциала наблюдается у третьей полуреакции, поэтому она и является катодной. Следует отметить, что в прикатодном пространстве накапливаются ионы Zn2+. Суммарное уравнение электролиза получают сложением анодной и катодной полуреакций 2Br− + Cu2+ → Br2 + Cu. Предварительного подведения баланса участвующих электронов при этом не требуется, так как их число в обеих полуреакциях одинаково. С учетом одновременного накопления нитрат-ионов в прианодном пространстве и ионов цинка в прикатодном пространстве итоговое уравнение процесса выглядит так: ZnBr2 + Cu(NO3)2 → Br2 + Cu + Zn2+ + 2NO3−.
Задача 4. В течение какого времени следует пропускать при Т = 298,15 K ток силой 5 А через 1 л водного раствора соли NaCl, чтобы рН последнего стал равным 12. Рассчитать объемы выделяющихся при этом на электродах газов. Электроды (анод и катод) графитовые. Анодный и катодный коэффициенты выхода по току одинаковы и равняются 1. Решение. Так как NaCl – соль образована катионом сильного основания и анионом сильной кислоты, то в водных растворах она практически не подвергается гидролизу, т.е. рН ее водного раствора равен 7 и [H+] = [OH−] = 10−7 моль/л. В последнем присутствуют три вида частиц: ионы Na+ и Cl− в результате ее полной диссоциации как сильного электролита и молекулы растворителя – воды Н2О. Из сравнения значений потенциалов: (+) А: 2Cl− → Cl2↑ + 2ē (−) K: 2Н2О +2ē → Н2↑ + 2ОН−. Далее находят рОН конечного раствора и активность ионов ОН− в нем: рОН = 14 – рН = 14 – 12 = 2 рОН = –lg
По соотношению a = Cγ рассчитывают концентрацию этих ионов.
где Число моль эквивалентов ОН−-ионов, образовавшихся в результате электролиза, равно n экв ОН− = ( В соответствии с законом эквивалентов такое же число моль эквивалентов выделилось на электродах и газов: на аноде – хлора, на катоде – водорода. Зная при с.у. их эквивалентный объем, равный 12,225 л/ моль экв, находят выделившиеся их объемы
Подставляя полученное значение объема в объединенное выражение законов фарадея в виде находят время электролиза
Для нахождения последнего можно использовать и такую форму объединенного выражения законов Фарадея
Дата добавления: 2015-03-29; Просмотров: 3108; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |