Тема «Гальванические элементы»
Задание 1 Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются магниевая и цинковая пластинки, опущенные в растворы их ионов с активной концентрацией 1 моль/л. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнения окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, и вычислите его ЭДС. Решение: Схема данного гальванического элемента:
(-)Mg | Mg2+ || Zn2+ | Zn(+)
Вертикальная линейка обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линейки - границу раздела двух жидких фаз - пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний (стандартный электродный потенциал - 2,37 В) стоит в ряду напряжений металлов левее, чем цинк, поэтому он является анодом, на котором протекает окислительный процесс:
Mgº - 2ē = Mg2+ (1) Цинк, потенциал которого - 0,763 В, - катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:
Zn2+ + 2ē = Znº (2)
Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов:
Mg + Zn2+ = Mg2+ + Zn
Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль/л, то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов:
ЭДС = ЕºZn2+|Zn - ЕºMg2+|Mg = -0,763 - (-2,37) = 1,607 В.
Задание 2 Определите ЭДС элемента, образованного цинковым электродом, опущенным в 0,1М раствор хлорида цинка и медным электродом, опущенным в 0,1М раствор нитрата меди (II). Решение: Схема данного гальванического элемента:
(-)Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu(+)
Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:
Е = Еº + lg а, где
Еº - стандартный электродный потенциал, n - число электронов, принимающих участие в реакции, а - активная концентрация гидратированных ионов металла в растворе, моль/л. Вариант 1.
Е (ЭДС) = Еок. - Евост. ЕºCu2+ | Cu = + 0,337 В (табл.) ЕºZn2+ | Zn = - 0,763 В (табл.) ЕZn = ЕºZn2+| Zn + lg аZn2+
Так как коэффициент активности f = 1, поэтому активную концентрацию можно заменить на молярную концентрацию См.
ЕZn = ЕºZn2+| Zn + lg СZn2+ ЕZn = - 0,763 + lg 10-1 = - 0,7925 В. ЕСu = ЕºCu2+| Cu + lg СCu2+ = + 0,337 + 0,0295·(-0,3010) = +0,3458 В. Е(ЭДС) = Еок. - Евосст. = ЕCu2+|Cu - ЕºZn2+|Zn = + 0,3458 - ( - 0,7925) = 1,13 В.
Вариант 2. Если количество отданных электронов равно количеству принятых (nокисл.= nвосст.), то можно использовать объединённое уравнение:
Е(ЭДС) = Е0 ок. - Е0 восст. + Е(ЭДС) = Е0 Cu2+|Cu - ЕºZn2+|Zn + Е(ЭДС)= + 0,337-(- 0,763)+0,059/2 lg 0,1/0,1=1,13 В
Задание 3 Вычислите ЭДС элемента при температуре 25 0С, который состоит из никелевого электрода, погруженного в 0,5 М раствор сульфата никеля, и медного электрода, погруженного в 0,2 М раствор сульфата меди. Считайте диссоциацию солей полной. Тема «Электролиз»
Задание 1 Как идет электролиз раствора сульфата меди (II)? В течение какого времени нужно проводить электролиз такого раствора при силе тока 10 А, чтобы получить кислород объемом 4, 48 л? Решение: Запишем схему электролиза:
Катод (-) Р-р CuSO4 Анод (-) Cu2+ + 2e → Cu0 Cu2+ + SO42- 2 H2O - 4e → O2 + 4H+ H2O 4H+ + 2 SO42- → 2 H2SO4 CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2 + 2H2SO4
По закону Фарадея:
V=Vэ · I · t /F, где
V - объем газа, выделившегося при электролизе, л; Vэ - молярный объем эквивалента вещества, л/моль; I - сила тока, А; t - продолжительность электролиза, ч или с; F - число Фарадея, 96500 Кл/моль (если время измерено в секундах) или 26,8 Кл/моль (если время - в часах)
t = V·F/ I· Vэ
Подставляем значения, зная, что Vэ кислорода равен 5,6 л/моль
t = 4,48 · 96500 / 10 · 5,6 = 7720 с = 2,1 ч
Задание 2 При пропускании тока через разбавленный раствор серной кислоты в течение 10 мин выделился гремучий газ объемом 652,2 мл (при температуре 18 0С и давлении 9,8·104Па). Вычислите силу тока. Задание 3 При пропускании тока через раствор серебряной соли на катоде выделилось за 10 мин. 1 г серебра. Определите силу тока. Решение г-экв. серебра равен 107,9 г. Для выделения 1 г серебра через раствор должно пройти 96500 : 107,9 = 894 кулона. Отсюда сила тока
I = 894 / (10 • 60) 1,5A
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (212)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |