Примеры решения и оформления заданий к разделу 8

Пример 1. Медно - цинковый гальванический элемент

1. Схема Zn / ZnSO₄ //CuSO₄ / Cu

Условия стандартные, т.е. 1 моль/л, 1 моль/л,

2. Электродные потенциалы

= - 0,76 В (при 1 моль/л), = + 0,34В (при 1 моль/л).

3. Направление движения электронов по внешний цепи - от цинкового электрода в медному, так как потенциал цинкового электрода меньше.

 

Расчет величины ЭДС.

ЭДС = φ⁰_Ox - φ⁰_Red = 0,34 - (- 0,76) = 1,1 В.

 

Пример 2 Гальванический элемент с водородным электродом.

1. Схема Zn / ZnSO₄ // H₂SO₄, Н₂ / Pt.

1 моль/л, 1 моль/л, Т = 298 К, P = 101,3 кПa.

2. Электродные потенциалы

= 0 В, = - 0,76 В (при 1 моль/л).

3. Направление движения электронов по внешней цепи - от цинкового электрода к водородному, так как потенциал цинкового электрода меньше.

4. Уравнения электродных процессов.

Zn (-): Zn - 2ē = Zn ²⁺ - процесс окисления

Pt (+): 2Н ⁺+ 2ē = Н ₂ ­ - процесс восстановления.

5. Суммарное уравнение:

Zn + 2Н ⁺ = Zn ²⁺ + Н ₂ ­

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + Н ₂ ­

6. Расчет величины ЭДС.

ЭДС = φ⁰_Ox - φ⁰_Red = 0 - (- 0,76) = 0,76 В.

 

Пример 3. Концентрационный гальванический элемент.

Оба электрода из одного металла, но растворы солей, в которые погружены электроды, разной концентрации.

1. Схема гальванического элемента.

Ni / NiSO ₄( = 10^-4 моль/л)// NiSO ₄ ( =1моль/л) / Ni

= - 0,25 В.

2. Вычисление электродных потенциалов по уравнению Нернста.

= + · lg = - 0,25 + ·lg 10 ^{- 4} = - 0,309 B.

= = - 0,25 B.

3.Направление движения электронов по внешней цепи от Ni₁ электрода к Ni₂, так как > ^.

4. Уравнения электродных полуреакций.

Ni₁ (-): Ni - 2ē = Ni ²⁺ - процесс окисления;

Ni₂ (+): Ni²⁺ + 2ē = Ni - процесс восстановления.

Токообразующая реакция не имеет смысла.

5. Расчет величины ЭДС.

ЭДС = - = - 0,25 - (- 0,309) = 0,059 В.

Пример 4. Гальванический элемент на основе окислительно-восстановительной реакции с инертным (С) электродом:

Zn / ZnSO₄ // K₂Cr₂O₇, Cr₂(SO₄)₃, H₂SO₄ (C)

1. Сокращенная схема гальванического элемента

- Zn / Zn ²⁺ (1 M) // Cr₂O₇^{2 -}, Сr ³⁺, H⁺ (1 M) / C +

2. Используем значения стандартных электродных потенциалов, так как концентрации ионов в растворе равны 1моль/л.

= - 0,76 B; = 1,36 B.

3. Направление движения электронов - от цинкового электрода к

угольному, так как > .

ē

Zn / ZnSO₄ // K₂Cr₂O₇, Cr₂(SO₄)₃, H₂SO₄ (C)

4. Уравнения электродных процессов.

Zn (-): Zn - 2ē = Zn ²⁺ - процесс окисления

С (+): Cr₂O ₇ ^{2 -} + 6ē + 14Н⁺ = 2Cr ³⁺ + 7Н₂О - процесс восстановления.

5. Суммарные уравнения.

3Zn + Cr₂O₇^{2 -} + 14Н⁺ = 3Zn ²⁺ + 2Cr ³⁺ + 7Н₂О

3Zn + K₂Cr₂O₇+ 7H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 7Н₂О + K₂SO₄

6. Расчет величины ЭДС.

ЭДС = Е⁰_Ox - Е⁰_Red = 1,36 - (- 0,76) = 2,12 В.

Тема №9: «Взаимодействие металлов с кислотами, водой и

растворами щелочей»

Задание 2. Используя потенциалы (см. таблицу на стр. 43), допишите уравнения реакций (по две для каждого варианта) и составьте к ним электронно-ионные схемы. Для реакций металлов с H₂SO₄ концентрированной и HNO₃ значение потенциала окислителя примите равным более 1 В. Оцените практическую устойчивость металлов в данной среде.

 

1. Al + HCl H2SO4конц. + Сu	16. Sn + H2O + O2 H2SO4конц. + Bi
2. Al + H2O + O2 H2SO4конц. + Sn	17. Co + NaOH + H2O + O2 H2SO4конц. + Co
3.Al + H2O H2SO4конц. + Zn	18. Sn + NaOH + H2O + O2 H2SO4конц. + Be
4.Al + KOH + H2O HNO3разб. + Be	19. Ni + H2O + O2 HNO3разб. + Pb
5.Al + NaOH + H2O HNO3разб. + Cd	20. Pb + KOH + H2O + O2 HNO3разб. + Cr
6. Cu + H2O + O2 HNO3разб. + Mg	21. Cr + KOH + H2O + O2 H2SO4конц., t° + Al
7. Cu + NaOH + H2O + O2 HNO3конц. + Ba	22. Pb + H2O + O2 HNO3разб. + Bi
8. Fe + H2O + O2 HNO3конц. + Pb	23. Bi + KOH + H2O + O2 HNO3конц., t° + Ni
9. Cr + H2O HNO3разб. + Fe ® Fe3+	24. Cr + HCl H2SO4конц. + Mg
10. Zn + H2O H2SO4конц., t° + Al ®	25. Al + HCl Zn + NaOH + H2O
11. Zn + NaOH + H2O H2SO4конц., t° + Ni ®	26. Ti + H2SO4конц., t° Cd + KOH + H2O + O2
12. Zn + H2SO4разб. +O2 HNO3конц., t° + Fe ® Fe3+	27. Ti + HNO3разб. Cd + KOH + H2O
13. Cr + H2O + O2 HNO3разб. +Cu	28. Cd + HCl + O2 Be + H2SO4конц.
14. Zn + NaOH + H2O + O2 H2SO4конц., t° + Fe ® Fe3+	29. Fe + KOH + H2O + O2 Ag + HNO3 конц.
15. Cr + NaOH + H2O HNO3разб. + Sn	30. Ni + KOH + H2O + O2 Mn + H2SO4конц.