Засоби вираження концентрації

Концентрацією розчину називається кількість розчиненої речовини в певній масі або відомому об'ємі розчину чи розчинника.

Нижче наведені найбільш часто вживані в хімії засоби вираження вмісту розчиненої речовини в розчині.

Процентна концентрація (С%) – кількість розчиненої речовини, яка міститься в 100 г розчину.

, (12)

де С% − процентна концентрація, %;

m_реч − маса розчиненої речовини, г;

m_розч – маса розчину, г.

Молярна концентрація (С_м) − кількість розчиненої речовини в молях, яка міститься в 1 л розчину.

, (13)

де С_м - молярна концентрація, моль/л (М);

М – молярна маса, г/моль;

V − об¢єм розчину, мл.

Моляльна концентрація чи моляльність (Сm) − кількість розчиненої речовини в молях, яка міститься в 1000 г розчинника.

, (14)

де Сm - моляльна концентрація, моль/кг розчинника;

m_р-ка – маса розчинника, г.

Еквівалентна концентрація чи нормальність (С_н) − кількість розчиненої речовини в г-еквівалентах, яка міститься в 1л розчину.

, (15)

С_н − еквівалентна концентрація, г-екв/л (н);

де m_Е – еквівалентна маса, г/моль.

Приклад 1. Знайти моляльність розчиненої речовини в 67 % -ному (за масою) розчині сахарози C₁₂H₂₂О₁₁.

Розв ' язання. З формули (12) знаходимо масу розчиненої речовини

.

Оскільки молярна маса сахарози дорівнює 342 г/моль, то моляльність

.

Приклад 2. Знайти моляльність, нормальність і молярність 15 % -ного (за масою) розчину H₂SО₄ (ρ = 1,10 г/мл).

Розв ' язання. Знайдемо масу розчину:

.

Для обчислення моляльності знайдемо спочатку масу сірчаної кислоти. З формули (12)

.

Молярна маса H₂SО₄ дорівнює 98 г/моль; отже,

,

Еквівалентна маса сірчаної кислоти дорівнює 49 г/моль. Отже,

,

.

Приклад 3. Для нейтралізації 42 мл H₂SО₄ треба буде додати 14 мл 0,3 н лугу. Визначити молярність розчину H₂SО₄.

Розв ' язання Оскільки речовини взаємодіють в еквівалентних кількостях, то можна написати

С_{н, к} · V_к = С_н,л · V_л

де С_{н, к}, С_{н, л} − нормальності кислоти і лугу; V_к й V_л − відповідні об¢єми. Отже

С_{н, к} · 42 = 14 · 0,3; С_{н, к} = 14 · 0,3 / 42 = 0,1н.

З формули (15) знайдемо масу розчиненої речовини

.

Звідси молярність кислоти складає

.

Контрольні запитання

101. Обчисліть молярну й еквівалентну (нормальну) концентрації 20%-ного розчину хлориду кальцію густиною 1,178 г/см³.

Відповідь: 2.1 М; 4,2 н.

102. Чому дорівнює нормальність 30%-ного розчину NaOH густиною 1,328 г/см³? До 1 л цього розчину додали 5 л води. Обчисліть процентну концентрацію отриманого розчину.

Відповідь: 9,96 н; 6,3%.

103. До 3 л 10%-ного розчину НNО₃ густиною 1,054 г/см³ додали 5 л 2%-ного розчину тієї самої кислоти густиною 1,009 г/см. Обчисліть процентну і молярну концентрації отриманого розчину, об'єм якого дорівнює 8 л.

Відповідь: 5,0%; 0,82 М.

104. Обчисліть еквівалентну (нормальну) і моляльну концентрації 20,8%-ного розчину НNO₃ густиною 1,12 г/см³. Скільки грамів кислоти міститься в 4 л цього розчину?

Відповідь: 3,70 н.; 4,17м; 931,3г..

105. Обчисліть молярну, еквівалентну (нормальну) і моляльну концентрації 16%-ного розчину хлориду алюмінію густиною 1,149 г/см³.

Відповідь: 1,38 М; 4,14 н.; 1,43 м.

106. Скільки і якої речовини залишиться в надлишку, якщо до 75 см³ 0,3н. розчину Н₂SO₄ додати 125 см³ 0,2 н. розчину КОН?

Відповідь: 0,14 г КОН.

107. Для осадження у вигляді AgCI усього срібла, що міститься в 100 см³ розчину AgNO₃, треба було 50 см³ 0,2 н. розчину НСl. Яка нормальність розчину АgNOз? Яка маса AgCI випала в осад?

Відповідь: 0.1 н.; 1,433 г.

108. Який об'єм 20,01%-ного розчину HCI (гус. 1,100 г/см³) потрібний для приготування 1 л 10,17%-ного розчину (гус. 1,050 г/см³)?

Відповідь: 485, 38 см³.

109. Змішали 10 см³ 10%-ного розчину НNОз (гус. 1,056 г/см³ ) і 100см³ 30%- ного розчину НNОз (гус. 1,184 г/см³). Обчисліть процентну концентрацію отриманого розчину.

Відповідь: 28,38%.

110. Який об'єм 50%-ного розчину КОН (гус. 1,538) потрібний для приготування 3л 6%-ного розчину (гус. 1,048 г/см³)?

111. Який об'єм 10%-ного розчину карбонату натрію (гус. 1,105 г/см³) потрібний для приготування 5 л 2%-ного розчину (гус. 1,02 г/см³)?

Відповідь: 923,1 см³.

112. На нейтралізацію 31 см³ 0,16 н. розчину лугу потрібно 217 см³ розчину H₂SO₄. Чому дорівнюють нормальність і титр розчину Н₂SO₄?

Відповідь: 0,023 н.; 1.127 · 10 ^–3 г/см³.

113. Який об‘єм 0,3 н. розчину кислоти потрібний для нейтралізації розчину, що містить 0,32 г NaOH у 40 см³?

Відповідь: 26,6 см³.

114. На нейтралізацію 1 л розчину, що містить 1,4 г КОН, потрібно 50 см³ розчину кислоти. Обчисліть нормальність розчину кислоти.

Відповідь: 0,53 н.

115. Яка маса НNО₃ містилася в розчині, якщо на нейтралізацію його треба було 35 см³ 0,4 н. розчину NaOH? Який титр розчину NaOH?

Відповідь: 0,882м, 0,016 г/см³.

116 Яку масу NаNО₃ потрібно розчинити в 400 г води, щоб приготувати 20%-ний розчин?

Відповідь: 100 г.

117. Змішали 300 г 20%-ного розчину і 500 г 40%-ного розчину NaCI. Чому дорівнює процентна концентрація отриманого розчину?

Відповідь: 32, 5%.

118.Змішали 247 г 62%-ного і 145 г 18%-ного розчину сірчаної кислоти. Яка процентна концентрація отриманого розчину?

Відповідь: 45,72%.

119. З 700 г 60%-ної сірчаної кислоти випарюванням видалили 200 г води. Чому дорівнює процентна концентрація розчину, що залишився?

Відповідь: 84%.

120. З 10 кг 20%-ного розчину при охолодженні виділилося 400 г солі. Чому дорівнює процентна концентрація охолодженого розчину?

Відповідь: 16,7%.

Література: [1, с. 145-147; 2, с. 206-208; 3, с. 326-333; 4, с. 103-112].

 

 

ВЛАСТИВОСТІ РОЗЧИНІВ

 

Приклад 1. Обчисліть температури кристалізації та кипіння 2%-ного водяного розчину глюкози .

Розв'язання. За законом Рауля, зниження температури кристалізації та підвищення температури кипіння розчину (Δ t), порівняно з температурами кристалізації та кипіння розчинника, виражаються рівнянням:

, (16)

де К – кріоскопічна або ебуліоскопічна константа. Для води вони відповідно дорівнюють 1,86 і 0,52°, m і М – відповідно маса розчиненої речовини і її мольна маса, m₁ – маса розчинника.

Зниження температури кристалізації 2%-ного розчину знаходимо з формули (16):

.

Вода кристалізується при 0° С, отже, температура кристалізації розчину 0-0,21 = -0,21°С. З формули (16) знаходимо і підвищення температури кипіння 2%-ного розчину:

.

Вода кипить при 100°С, отже, температура кипіння цього розчину С.

Приклад 2. Розчин, що містить 1,22 г бензойної кислоти C ₆ H ₅ COOH у 100 г вуглецю, кипить при 46,529°С. Температура кипіння сірковуглецю 46,3°С. Обчисліть ебуліоскопічну константу сірковуглецю.

Розв'язання. Підвищення температури кипіння . Молярна маса кислоти 122 г/моль. З формули (16) знаходимо ебуліоскопічну константу:

.

Приклад 3. Розчин, що містить 11,04 г гліцерину в 800 г води, кристалізується при 0,279°С. Обчислити мольну масу гліцерину.

Розв'язання. Температура кристалізації чистої води 0°С, отже, зниження температури кристалізації . Маса гліцерину т (г), що припадає на 1000 г води:

.

Підставляючи до рівняння

дані, обчислюємо мольну масу гліцерину:

г/моль.

Приклад 4. Обчисліть процентну концентрацію водяного розчину сечовини , знаючи, що температура кристалізації цього розчину дорівнює -0,465° С.

Розв'язання. Температура кристалізації чистої води 0°С, отже, . Мольна маса сечовини 60 г/моль. Знаходимо масу m (r) розчиненої речовини, що припадає на 100 г води, з формули (16):

г.

Загальна маса розчину, що містить 15 г сечовини, складає г. Процентний уміст сечовини в даному розчині знаходимо зі співвідношення в 1015 г розчину – 15 г речовини.

Контрольні запитання

121. Розчин, який має 0,512 г неелектроліту в 100 г бензолу, кристалізується при 5,290 °С. Температура кристалізації бензолу 5,5°. Кріоскопічна константа 5,1 °С. Обчисліть мольну масу розчиненої речовини.

Відповідь: 128 г/моль.

122. Обчисліть процентну концентрацію водного розчину цукру С ₁₂ Н ₂₂ О ₁, знаючи, що температура кристалізації розчину -0,93 °С. Кріоскопічна константа води 1,86°.

Відповідь: 14,6%

123. Обчисліть температуру кристалізації розчину сечовини (NH ₂)₂ CO, що містить 5 г сечовини в 150 г води. Кріоскопічна константа води 1,86.

Відповідь: -1,03 °С.

124. Розчин, що містить 3,04 г камфори C ₁₀ H ₁₆ O у 100 г бензолу, кипить при 80,714 °С. Температура кипіння бензолу 80,2 °С. Обчисліть ебуліоскопічну константу бензолу.

Відповідь: 2,57°

125. Обчисліть процентну концентрацію водного розчину гліцерину С₃ Н ₅(ОН)₃, знаючи, що цей розчин кипить при 100,39 °С. Ебуліоскопічна константа води 0,52°.

Відповідь: 6,45%

126. Обчисліть мольну масу неелектроліту, знаючи, що розчин, який містить 2,25 г цієї речовини в 250 г води, кристалізується при -0,279 °С. Кріоскопічна константа води 1,86°.

Відповідь: 60 г/моль.

127. Обчисліть температуру кипіння 5%-ного розчину нафталіну C ₁₀ H ₈ у бензолі. Температура кипіння бензолу 80,2 °С. Ебуліоскопічна константа його 2,57°.

Відповідь: 81,25 °С.

128. Розчин, що містить 25,65 г деякого неелектроліту в 300 г води, кристалізується при -0,465 °С. Обчисліть мольну масу розчиненої речовини. Кріоскопічна константа води 1,86°.

Відповідь: 342 г/моль.

129. Обчисліть кріоскопічну константу оцтової кислоти, знаючи, що розчин, який містить 4,25 г антрацени C ₁₄ H ₁₀ у 100 г оцтової кислоти, кристалізується при 15,718 °С. Температура кристалізації оцтової кислоти 16,65 °С.

Відповідь: 3,9°.

130. При розчиненні 4,86 г сірки в 60 г бензолу температура кипіння його підвищилася на 0,81°. Скільки атомів містить молекула сірки в цьому розчині. Ебуліоскопічна константа бензолу 2,57°.

Відповідь: 8.

131. Температура кристалізації розчину, який містить 66,3 г деякого неелектроліту в 500 г води, дорівнює -0,558 °С. Обчисліть мольну масу розчиненої речовини. Кріоскопічна константа води 1,86°.

Відповідь: 442 г/моль.

132. Яку масу аніліну C ₆ H ₅ NH ₂ варто розчинити в 50 г етилового ефіру, щоб температура кипіння розчину була вищою за температуру кипіння етилового ефіру на 0,53°. Ебуліоскопічна константа етилового ефіру 2,12°.

Відповідь: 1,16 г.

133. Обчисліть температуру кристалізації 2%-ного розчину етилового спирту C ₂ H ₅ OH. Кріоскопічна константа води 1,86.

Відповідь: -0,82 °С.

134. Скільки грамів сечовини (NH ₂)₂ CO варто розчинити в 75 г води, щоб температура кристалізації знизилася на 0,465°? Кріоскопічна константа води 1,86°.

Відповідь: 1,12 г.

135. Обчисліть процентну концентрацію водного розчину глюкози C ₆ H ₁₂ O ₆, знаючи, що цей розчин кипить при 100,26 °С. Ебуліоскопічна константа води 0,52°.

Відповідь: 8,25%.

136. Скільки грамів фенолу C ₆ H ₅ OH варто розчинити в 125 г бензолу, щоб температура кристалізації розчину була нижчою за температуру кристалізації бензолу на 1,7°? Кріоскопічна константа бензолу 5,1°.

Відповідь: 3,91 г.

137. Скільки грамів сечовини (NH ₂)₂ CO варто розчинити в 250 м води, щоб температура кипіння підвищилася на 0,26°? Ебуліоскопічна константа води 0,52°.

Відповідь: 7,5 г.

138. При розчиненні 2,3 г деякого неелектроліту в 125 г води температура кристалізації знижується на 0,372°. Обчисліть мольну масу розчиненої речовини. Кріоскопічна константа води 1,86°.

Відповідь: 92 г/моль.

139. Обчисліть температуру кипіння 15%-ного водного розчину пропилового спирту С₃Н ₇ ОН. Ебуліоскопічна константа води 0,52°.

Відповідь: 101,52 °С.

140. Обчисліть процентну концентрацію водного розчину метанолу СН ₃ ОН, температура кристалізації якого -2,79 °С. Кріоскопічна константа води 86°.

Відповідь: 4,58°.

Література: [2, с. 220-223; 3, с. 341-347].

ІОННО-МОЛЕКУЛЯРНІ (ІОННІ) РЕАКЦІЇ РОЗЧИНУ

 

Іонно-молекулярні або просто іонні рівняння реакцій обміну відображають стан електроліту в розчині. У цих рівняннях сильні розчинні електроди, оскільки вони повністю дисоційовані, записують у вигляді іонів, а слабкі електроліти − малорозчинні й газоподібні речовини − записують у молекулярній формі. В іонно-молекулярному рівнянні однакові іони з обох його частин виключені. Під час складання іонно-молекулярних рівнянь варто пам'ятати, що сума в лівій частині рівняння повинна дорівнювати сумі електричних рядів у правій частині рівняння.

Приклад 1. Написати іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії між водними розчинами наступних речовин a) HCl і NaOH; б) Рb (NО ₃)₂ і Na ₂ S; в) NaCl і НNО ₃ г) К ₂ СО ₃ і H ₂ SO ₄; д) СН ₃ СООН і NaOH.

Розв'язання. Запишемо рівняння взаємодії зазначених речовин у молекулярному вигляді:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .

Зазначимо, що взаємодія цих речовин можлива, тому що в результаті відбувається зв'язування іонів з утворенням слабких електролітів (Н ₂ 0, HCl), осаду (Pb), газу (СО ₂).

У реакції (д) два слабкі електроліти, але, оскільки реакції йдуть у бік більшого зв'язування іонів і вода – більш слабший електроліт, ніж оцтова кислота, то рівновага реакції зміщена у бік утворення води. Виключивши однакові іони з обох частин рівності a) Na ⁺ і Cl ^–; б) Na ⁺ N0 ^–₃; в) Na ⁺ і N0 ^–₃; г) К ⁺ і SО ^2–₄ д) Na ⁺, одержимо іонно-молекулярні рівняння відповідних реакцій:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .

Приклад 2. Складіть молекулярні рівняння реакцій, яким відповідають наступні іонно-молекулярні рівняння:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

У лівій частині даних іонно-молекулярних рівнянь зазначені вільні іони, що утворяться при дисоціації розчинних сильних електролітів, отже, при складанні молекулярних рівнянь варто виходити з відповідних розчинних сильних електролітів. Наприклад:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

Контрольні запитання

 

141. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: a) NaHCO ₃ і NaOH; б) K ₂ Si0 ₃ і HCl; в) BaCl ₂ і Na ₂ SO ₄.

142. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: a) K ₂ S і HCl; б) FeS0 ₄ і (NH ₄)₂ S; в) Cr (OH)₃ і KOH.

143. Складіть за трьома молекулярними рівняння реакцій, що виражаються іонно-молекулярними рівняннями:

а) ;

б) .

144. Яка з речовин: А1 (OH)₃; H ₂ SO ₄, Ba (OH)₂ – буде взаємодіяти з гідроксидом калію? Виразіть ці реакції молекулярними й іонно-молекулярними рівняннями.

145. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакції взаємодії в розчинах між: а) KHCO ₃ і H ₂ SO ₄; б) Zn (OH)₂ і NaOH; в) CaCl ₂ і AgNO ₃.

146. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між a) CuSO ₄ і H ₂ S; б) BaCO ₃ і HNO ₃; в) FeCl₃ і KOH.

147. Складіть за трьома молекулярними рівняння реакцій, що виражаються іонно-молекулярними рівняннями:

а) ;

б) .

148. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між a) Sn (OH)₂ і HCl; б) BeSO ₄ і KOH; в) NH ₄ Cl і Ва (OH)₂.

149. Яка з речовин: KHCO ₃, CH ₃ COOH, NiSO ₄, Na ₂ S – взаємодіє з розчином сірчаної кислоти? Запишіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння цих реакцій.

150. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між: a) AgNO ₃ і K ₂ CrO ₄; б) Pb (NO ₃)₂ і KI; в) CdSO ₄ і Na ₂ S.

151. Складіть молекулярні рівняння реакцій, що виражаються іонно-молекулярними рівняннями:

а) ;

б) ;

.

152. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакції взаємодії в розчинах між: а) Ва (OH)₂ і NaOH; і б) Cu (OH)₂ і HNO ₃; в) ZnOHNO ₃ і HNO ₃.

153. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакції взаємодії в розчинах між: a) Na ₃ P O₄ і CaCl₂; б) K ₂ CO ₃ і BaCl ₂; в) Zn (OH)₂ і KOH.

154. Складіть молекулярні рівняння реакцій, що виражаються іонно-молекулярними рівняннями:

а) ;

б) ;

в) .

155. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакції взаємодії в розчинах між: a) CdS і HCl; б) Cr (OH)₃ і NaOH; в) Ba (OH)₂ і CoCl ₂.

156. Складіть молекулярні рівняння реакції, що виражаються іонно-молекулярними рівняннями:

а) ;

б) ;

в) .

157. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакції взаємодії в розчинах між: a) H ₂ SO ₄ і Ba (OH)₂; б) FeCl ₃ і NH ₄ OH; в) CH ₃ COONa і HCl.

158. Складіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння реакції взаємодії в розчинах між: a) FeCl ₃ і KOH; б) NiSO ₄ і (NH ₄)₂ S; в) MgCO ₃ і HNO ₃.

159. Складіть молекулярні рівняння реакції, що виражаються іонно-молекулярними рівняннями:

а) ;

б) ;

в) .

160. Які з речовин: NaCl, NiSO ₄, Be (OH)₂, KHCO ₃ – взаємодіють з розчином гідроксиду натрію. Запишіть молекулярні й іонно-молекулярні рівняння цих реакцій.

Література: [1, с. 158-163; 2, с. 223-226; 3, с. 350-373; 4, с. 141-151].

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ПРОЦЕСИ

ОКИСНО-ВІДНОВНІ РЕАКЦІЇ

Окисно-відновними називаються реакції, що супроводжуються зміною ступеня окиснення атомів, які входять до складу реагуючих речовин. Під ступенем окиснення (n) розуміють той умовний заряд атома, який обчислюється, виходячи з припущення, що молекула складається тільки з іонів. Іншими словами: ступінь окиснення − це той умовний заряд, якого набув би атом елемента, якщо припустити, що він прийняв чи віддав те або інше число електронів.

Окиснення−відновлення − це єдиний взаємозалежний процес. Окиснення приводить до підвищення ступеня окиснення відновника, а відновлення − до його зниження в окиснику.

Підвищення чи зниження ступеня окиснення атомів відбувається в електронних рівняннях: окисник приймає електрони, а відновник їх віддає. Про здатність тієї чи іншої речовини виявляти окисні, відновні чи двоїсті (як окисні, так і відновні) властивості можна судити за ступенем окиснення атомів окисника і відновника.

Атом того чи іншого елемента у своєму вищому ступені окиснення не може його підвищити (віддати електрони) і виявляє тільки окисні властивості, а у своєму нижчому ступені окиснення не може його знизити (прийняти електрони) і виявляє тільки відновні властивості. Атом елемента, що має проміжний ступінь окиснення, може виявляти як окисні, так і відновні властивості.

 

Наприклад:

N⁵⁺ (HNO₃) S⁶⁺ (H₂SO₄) виявляють тільки окисні властивості;

N⁴⁺ (NO₂) S⁴⁺ (SO₂)

N³⁺(HNO₂)

N²⁺ (NO) S²⁺ (SO) виявляють окисні й відновні

N¹⁺ (N₂O) властивості

N⁰(N₂) S°(S₂;S₈)

N^-1 (NH₂OH) S^-1 (H₂S₂)

N^2-(N₂H₄)

N^3-(NH₃) S^2-(H₂S) виявляють тільки відновні властивості

Під час окисно-відновних реакцій валентність атомів може і не змінюватися. Наприклад, в окисно-відновній реакції Н⁰₂ ⁺ Сl⁰₂ ⁼ 2НСl валентність атомів водню і хлору до і після реакції дорівнює одиниці. Змінився їх ступінь окиснення. Валентність визначає число зв'язків, утворених даним атомом, і тому знака не має. Ступінь окиснення має знак плюс чи мінус.

Приклад 1. Виходячи зі ступеня окиснення (n) азоту, сірки і марганцю в сполуках NH₃, HNO₂, HNO₃, Н₂S, Н₂SO₃, H₂SO₄, МnО₂, КМnO₄, визначити, які з них можуть бути тільки відновниками, тільки окисниками, а які виявляють як окисні, так і відновні властивості.

Розв'язання. Ступінь окиснення n (N) у зазначених сполуках відповідно дорівнює: -3 (нижчий), + 3 (проміжний), +5 (вищий); n (S) відповідно дорівнює:-2 (нижчий), +4 (проміжний), +6 (вищий); n (Мn) відповідно дорівнює:+4 (проміжний), +7 (вищий). Звідси: NH₃, H₂S − тільки відновники; HNO₃, H₂SO₄, КМnO₄ − тільки окисники; HNO₂, Н₂SO_3, МnО₂ − окисники й відновники.

Приклад 2. Чи можуть відбуватися окисно-відновні реакції між наступними речовинами: а) Н₂S і HI; б) Н₂S і Н₂SО₃; е) Н₂SO₃ і НСlO₄?

Розв'язання. а) ступінь окиснення в H₂S n (S)= -2; у HI n (I) = -1. Оскільки і сірка, і йод знаходяться у своєму нижчому ступені окиснення, то обидві взяті речовини виявляють тільки відновні властивості й взаємодіяти не можуть; б) у H₂S n (S) = -2 (нижчий); у Н₂SO₃ n (S) =+4 (проміжний). Отже, взаємодія цих речовин можлива, причому Н₂SO₃ є окисником; в) у Н₂SO₃ n (S) = + 4 (проміжний); у НClO₄ n (Cl)= +7 (вищий). Узяті речовини можуть взаємодіяти. Н₂SO₃ у цьому випадку буде виявляти відновні властивості.

Приклад 3. Складіть рівняння окисно-відновної реакції, що проходить за схемою

+7 +3 +2 +5

КМnO₄ + НзРОз + H₂SO₄ ® MnSO₄ + НзРO₄ + K₂SO₄ +H₂О.

Розв'язання. Якщо в умові задачі дано, як вихідні речовини, так і продукти їх взаємодії, то написання рівняння реакції зводиться, як правило, до перебудування і розміщення коефіцієнтів. Коефіцієнти визначають методом електронного балансу за допомогою електронних рівнянь. Обчислюємо, як змінюють свій ступінь окиснення відновник і окисник, і відображаємо це в електронних рівняннях:

Відновник P³⁺ -2ē =P⁵⁺ │ 5 процес окиснення

окисник Мn⁷⁺ +5ē=Mn²⁺ │ 2 процес відновлення

Загальне число електронів, відданих відновником, повинне дорівнювати числу електронів, що приєднує окисник. Загальне найменше кратне для відданих і прийнятих електронів − десять. Поділивши це число на 5, одержуємо коефіцієнт 2 для окисника і продукту його відновлення, а при діленні 10 на 2 одержуємо коефіцієнт 5 для відновника і продукту його окиснення. Коефіцієнт перед речовинами, атоми яких не змінюють свого ступеня окиснення, знаходять підбором. Рівняння реакції буде мати вигляд:

2КМnO₄ + 5Н₃РО₃ + 3H₂SO₄ =2MnSO₄ + 5Н₃РO₄ + К₂SO₄ + ЗН₂О.

Приклад 4. Складіть рівняння реакції взаємодії цинку з концентрованою сірчаною кислотою з огляду на максимальне відновлення останньої.

Розв'язання. Цинк, як будь-який метал, виявляє тільки відновні властивості. У концентрованій сірчаній кислоті окисну функцію несе сірка (+6). Максимальне відновлення сірки означає, що вона набуває мінімального ступеня окиснення. Мінімальний ступінь окиснення сірки як р-елемента VIA групи дорівнює -2. Цинк як метал IIВ групи має постійний ступінь окиснення + 2. Відображаємо сказане в електронних рівняннях:

Відновник Zn° - 2ē = Zn²⁺ ‌‌‌‌│ 4 процес окиснення

окисник S⁶⁺ + 8ē= S^2- │1 процес відновлення

Складаємо рівняння реакції:

4Zn + 5H₂SO₄ = 4ZnSO₄+ H₂S + 4H₂O

Перед Н₂SO₄ коефіцієнт 5, а не 1, тому що чотири молекули H₂SO₄ йдуть на зв'язування чотирьох іонів Zn²⁺.

 

Контрольні запитання

161. Виходячи зі ступеня окиснення хлору в сполуках НСl, НСlO₃, НClO₄, визначити, яка з них є тільки окисником, тільки відновником, а яка може виявляти як окисні, так і відновні властивості. Чому? На підставі електронних рівнянь розставте коефіцієнти в рівнянні реакції, що проходе за схемою

КВr + КвrО₃ + H₂SO₄ ® Вr₂ + К₂SO₄ + Н₂О.

162. Реакції виражаються схемами:

Р + НIO₃ + Н₂O ®H₃РO₄ + HI;

Н₂S + Cl₂ + Н₂О ® H₂SO₄ + НСl.

Складіть електронні рівняння. Розставте коефіцієнти в рівняннях реакцій. Для кожної реакції вкажіть, яка речовина є окисником, яка − відновником, яка речовина окиснюється, яка – відновлюється.

163. Див. умову задачі 162.

Р + НNO₃ + Н₂О ® H₃РO₄ + NO;

KMnО₄ + Na₂SO₃ + КОН ® К₂MnО₄ + Na₂SO₄ + Н₂О.

 

164. Складіть електронні рівняння і вкажіть, який процес – окиснення чи відновлення - відбувається під час наступних перетворень:

As^3-®As⁵⁺; N^{3+ ®} N^3-; S^2- ®-S⁰.

На підставі електронних рівнянь розставте коефіцієнти в рівнянні реакції, що проходе за схемою

Na₂SO₃ + КМnO₄ + Н₂О = Na₂SO₄ + MnО₂ + КОН.

165. На підставі електронних рівнянь розставьте коефіцієнти в рівнянні реакції, що проходе за схемою

Na₂SO₃ + КМnO₄ + Н₂О = Na₂SO₄ + MnО₂ + КОН;

Н₂S + Cl₂ + Н₂О ® H₂SO₄ + НСl.

166. Виходячи зі ступеня окиснення фосфору в сполуках РНз, НзРO₄, НзPOз, визначте, яка з них є тільки окисником, тільки відновником, а яка може виявляти як окисні, так і відновні властивості. Чому? На підставі електронних рівнянь розставте коефіцієнти в рівнянні реакції, що проходе за схемою

PbS + НNO₃ ®S + Рb(NО₃)₂ + NO + Н₂О.

167. Див. умову задачі 165.

Р + НNO₃ + Н₂О ® H₃РO₄ + NO;

KMnО₄ + Na₂SO₃ + КОН ® К₂MnО₄ + Na₂SO₄ + Н₂О.

168. Складіть електронні рівняння і вкажіть, який процес − окиснення чи відновлення − відбувається під час наступних перетворень:

Мn⁶⁺ ® Мn²⁺; Сl^{5+ ®} Сl ^-; N^3-® N⁵⁺ .

На підставі електронних рівнянь розставте коефіцієнти в рівнянні реакції, що проходе за схемою

Сu₂О + HNO₃ ® Cu(NO₃)₂ + NO + Н₂О.

169. Див. умову задачі 165.

НNО₃ + Са ® NH₄NO₃ + Са(NО₃)₂ + H₂O;

К₂S + KMnО₄ + Н₂ SO₄® S + K₂ SO₄ + MnSO₄ + Н₂О

170. Виходячи зі ступеня окиснення хрому, йоду і сірки в сполукахК₂Cr₂O₇, KI і Н₂SО₃, визначте, яка з них є тільки окисником, тільки відновником, а яка може виявляти як окисні, так і відновні властивості. Чому? На підставі електронних рівнянь розставте коефіцієнти в рівнянні реакції, що проходе за схемою

NaCrО₂ + РbО₂ + NaOH ® Na₂CrО₄ + Nа₂РbО₂ + Н₂О.

171. Див. умову задачі 165.

H₂S + Сl₂ + Н₂О ® H₂SO₄ + НСl;

К₂Сr₂O₇+ Н₂S+Н₂ SO₄®S+Cr₂ (SO₄)₃ + K₂SO₄ + Н₂О.

172. Див. умову задачі 165.

КсlO₃ + Na₂SO₃ ® KCI + Na₂SO₄;

KMnО₄ + HBr ® Вr₂ + КВr+MnBr₂+H₂O.

173. Див. умову задачі 165.

Р + НClO₃ + Н₂О ® НзРO₄ + НСl;

H₃АsO₃ + КМnО₄ + H₂SO₄ ® Н₃АsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

174. Див. умову задачі 165.

NaCrО₂ + Вr₂ + NaOH ® Na₂CrО₄ + NaBr + H₂O;

FeS +HNO₃ ®Fe(NO₃)₂ +S+NO+H₂O.

175. Див. умову задачі 165.

HNO₃ + Zn ® N₂O + Zn(NO₃)₂ + Н₂О;

FeSO₄ + КСlOз + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ +KCl +Н₂O.

176. Див. умову задачі 165.

К₂Сr₂O₇ + НСl ® Сl₂ + СrСlз + KCI + Н₂О;

Au + HNO₃ + НСl ® АuСlз + NO + Н₂О.

177. Чи можуть відбуватися окисно-відновні реакції між речовинами:

а) NH₃ і KMnО₄;

б) HNO₂ і HI;

в) HCl і H₂Se? Чому? На підставі електронних рівнянь розставте

коефіцієнти в рівнянні реакції, що проходе за схемою:

KMnО₄ + KNO₂ + H₂SO₄ ® MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ + Н₂О.

178. Див. умову задачі 165.

НСl + СrО₃ ® Сl₂ + СrСl₃ + Н₂О;

Cd + KMnО₄ + H₂SO₄ ® CdSO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + Н₂О.

179. Див. умову задачі 165.

Сr₂О₃ + КClO₃ + КОН ® К₂СrO₄ + KCI + Н₂O;

MnSO₄ + PbО₂ + HNO₃ ® HMnО₄ + Pb(NO₃)₂ + PbSO₄ + Н₂О.

180. Див. умову задачі 165.

Н₂SO₃ + НClO₃ ® H₂SO₄ + НСl;

FeSO₄ + К₂Сr₂O₇ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + Н₂О.

Література: [1, с. 185-190; 2, с. 255-262; 3, с. 487-490; 4, с. 151-168].

 

ЕЛЕКТРОДНІ ПОТЕНЦІАЛИ

Якщо металеву пластинку опустити у воду, то катіони металу на її поверхні гідратуються полярними молекулами води і переходять у рідину. При цьому електрони у надлишку, що залишаються в металі, заряджають його поверхневий шар неґативно. Виникає електростатичне притягання між гідратованими катіонами, що перейшли в рідину, й поверхнею металу. У результаті цього в системі встановлюється рухлива рівновага:

Ме + mН₂О ↔ Ме (Н₂O)ⁿ⁺_m + nē

у розчині на металі

де n − число електронів, що беруть участь у процесі. На межі метал − рідина виникає подвійний електричний шар, що характеризується визначеним стрибком потенціалу − електродним потенціалом. Абсолютні значення електродних потенціалів виміряти не вдається. Електродні потенціали залежать від ряду факторів (природи металу, концентрації, температури й ін.). Тому зазвичай визначають відносні електродні потенціали у визначених умовах, так звані стандартні електродні потенціали (E⁰).

Стандартним електродним потенціалом металу називають його електродний потенціал, що виникає під час занурення металу в розчин власного іона з концентрацією, яка дорівнює 1 моль/л, вимірюваний порівняно зі стандартним водневим електродом, потенціал якого при 25⁰ С умовно беруть таким, що дорівнює нулю (Е⁰ =0; DG⁰=0).

Розташовуючи метали в ряд за зростанням їх стандартних електродних потенціалів (E°), одержуємо так званий ряд напруг.

Положення того чи іншого металу в ряді напруг характеризує його відновну здатність, а також окисні властивості його іонів у водних розчинах за стандартних умов. Чим менше значення Е⁰, тим більші відновні здатності має даний метал у вигляді простої речовини і тим менші окисні здатності виявляють його іони, і навпаки. Електродні потенціали вимірюють у приладах, що одержали назву гальванічних елементів. Окисно-відновна реакція, що характеризує роботу гальванічного елемента, протікає в напрямку, в якому ЕРC елемента має позитивне значення. У цьому випадку DG° < 0, тому що DG⁰ = -nFE⁰.

Приклад 1. Стандартний електродний потенціал нікелю більший, ніж кобальту. Чи зміниться це співвідношення, якщо виміряти потенціал нікелю в розчині його іонів з концентрацією 0,001 моль/л, а потенціали кобальту – в розчині з концентрацією 0,1 моль/л?

Розв'язання. Електродний потенціал металу (Е) залежить від концентрації його іонів у розчині. Ця залежність виражається рівнянням Нeрнста:

Е=E ° + lg C, (17)

де E ° − стандартний електродний потенціал;

n − число електронів, що беруть участь у процесі;

С − концентрація гідратованих іонів металу в розчині, моль/л.

E° для нікелю і кобальту відповідно дорівнюють -0,25 і -0,277 В. Визначимо електродні потенціали цих металів за даних в умові концентрацій:

Е Ni=-0,25+0,059/2 lg0,001=- 0,339В,

ЕCo=-0,277 +0,059/2 lg0,1 =-0,307 В.

Таким чином, за концентрації, що змінилася, потенціал кобальту став більшим за потенціал нікелю.

Приклад 2. Маґнієву пластинку опустили в розчин його солі. При цьому електродний потенціал маґнію дорівнює -2,41 В. Обчислити концентрацію іонів маґнію (у моль/л).

Розв'язання. Подібні задачі також розв'язують на підставі рівняння Нернста (див. приклад 1):

-0,04= 0,0295 lg С,

C_Mg+ =4,4 × 10 ^{- 2} моль/л.

 

Приклад 3. Складіть схему гальванічного елемента, у якому електродами є маґнієва і цинкова пластинки, опущені в розчини їх іонів з активною концентрацією 1 моль/л. Який метал є анодом, який катодом? Напишіть рівняння окисно-відновної реакції, що протікає в цьому гальванічному елементі, й обчисліть його ЕРС.

Розв'язання. Схема даного гальванічного елемента

 

(-) Mg │ Mg²⁺ ║ Zn²⁺ │ Zn (+).

Вертикальна лінія позначає поверхню розділу між металом і розчином, а дві лінії − межу поділу двох рідких фаз − пористу перегородку (чи з'єднувальну трубку, заповнену розчином електроліту). Маґній має менший потенціал (-2,37 В) і є анодом, на якому протікає окисний процес:

Мg° - 2ē = Mg²⁺. (1)

Цинк, потенціал якого -0,763 В, - катод, тобто електрод, на якому протікає відновний процес:

Zn²⁺ +2ē = Zn°. (2)

Рівняння окисно-відновної реакції, що характеризує роботу даного гальванічного елемента, можна одержати, додавши електронні рівняння анодного (1) і катодного (2) процесів:

Mg + Zn²⁺ = Mg²⁺ +Zn.

Для визначення ЕРС гальванічного елемента від потенціалу катода варто відняти потенціал анода. Оскільки концентрація іонів у розчині дорівнює 1 моль/л, то ЕРС елемента дорівнює різниці стандартних потенціалів двох його електродів:

ЕРС =Е_Zn²⁺/_{Zn –} Е⁰_Mg²⁺/_Mg = - 0,763 – (- 2,37) = 1,607 B.

Контрольні запитання

181. При якій концентрації іонів Zn²⁺ (у моль/л) потенціал цинкового електрода буде на 0,015 В меншим за його стандартний електродний потенціал?

182. Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС гальванічного елемента, що складається з пластин нікелю і маґнію, опущених у розчини своїх солей з концентрацією [Mg²⁺] = [Ni²⁺] = 1 моль/л. Чи зміниться значення ЕРС, якщо концентрацію кожного з іонів знизити до 0,001 моль/л?

183. При якій концентрації іонів Cr³⁺ (у моль/л) потенціал хромового електрода буде на 0,015 В меншим за його стандартний електродний потенціал?

Відповідь: 0,30 моль/л.

184. Складіть схеми двох гальванічних елементів, у одному з яких хром був би катодом, а в іншому − анодом. Напишіть для кожного з цих елементів електронні рівняння реакцій, що протікають на катоді та на аноді. Обчислити стандартну ЕРС.

185. Марганцевий електрод у розчині його солі має потенціал -1,23 В. Обчислити концентрацію іонів Мn²⁺ (у моль/л).

Відповідь: 1,89 · 10 ^{- 2} моль/л.

186. Потенціал срібного електрода в розчині АgNOз склав 95% від значення його стандартного електродного потенціалу. Чому дорівнює концентрація іонів Аg⁺ (у моль/л)?

Відповідь: 0,20 моль/л.

187. Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС мідно-кадмієвого гальванічного елемента, у якому [Cd²⁺] = 0,1 моль/л, а [Сu²⁺ ] =0,01 моль/л.

188. Складіть схеми двох гальванічних елементів, у одному з яких мідь була б катодом, а в іншому − анодом. Напишіть для кожного з цих елементів електронні рівняння реакцій, що протікають на катоді та на аноді. Обчислити стандартну ЕРС.

189. При якій концентрації іонів Сu²⁺ (моль/л) значення потенціалу мідного електрода дорівнює стандартному потенціалу водневого електрода?

Відповідь: 1,89 × 10 ^{- 12} моль/л.

190. Який гальванічний елемент називається концентраційним? Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС гальванічного елемента, що складається із срібних електродів, опущених: перший − у 0,01 н, а другий − у 0,1 н розчини АgNOз.

Відповідь: 0,059 В.

191. За яких умов буде працювати гальванічний елемент, електроди якого зроблені з того самого металу? Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС гальванічного елемента, у якому один нікелевий електрод знаходиться в 0,001 М розчині, а другий, такий самий, електрод − у 0,01 М розчині сульфату нікелю.

Відповідь: 0,0295 В.

192. Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС гальванічного елемента, що складається із свинцевої та маґнієвої пластин, опущених у розчини своїх солей з концентрацією [Pb²⁺ ] = [Mg²⁺] = 0,01 моль/л. Чи зміниться ЕРС цього елемента, якщо концентрацію кожного з іонів збільшити в однакове число разів?

Відповідь: 2,244 В.

193. Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС гальванічного елемента, що складається із срібної та маґнієвої пластин, опущених у розчини своїх солей з концентрацією [Ag⁺ ] = [ Mg²⁺] = 0,1 моль/л. Чи зміниться ЕРС цього елемента, якщо концентрацію кожного з іонів збільшити в однакове число разів?

194. При якій концентрації іонів Zn²⁺ (моль/л) значення потенціалу цинкового електрода дорівнює стандартному потенціалу водневого електрода?

195. Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС гальванічного елемента, що складається з пластин кадмію і маґнію, опущених у розчини своїх солей з концентрацією [Mg²⁺] = [Cd 2⁺] = 1 моль/л. Чи зміниться значення ЕРС, якщо концентрацію кожного з іонів знизити до 0,01 моль/л?

Відповідь: 1,967В.

196. Складіть схему гальванічного елемента, що складається з пластин цинку і заліза, занурених у розчини їхніх солей. Напишіть електронні рівняння процесів, що протікають на аноді й на катоді. Якої концентрації треба було б взяти іони заліза, щоб ЕРС елемента стала рівною нулю, якщо [Zn²⁺] = 0,001 моль/л?

Відповідь: 7,3 × 10 ^{- 15} моль/л.

197. Складіть схему гальванічного елемента, в основі якого лежить реакція, що протікає за рівнянням

Ni + Рb(NOз)₂ =Ni(NO₃)₂ + Рb.

Напишіть рівняння анодного та катодного процесів. Обчисліть ЕРС цього елемента, якщо [Ni²⁺] =0,01 моль/л, [Pb²⁺] =0,0001 моль/л.

Відповідь: 0,064 В.

198. При якій концентрації іонів Сu²⁺ (моль/л) значення потенціалу мідного електрода дорівнює стандартному потенціалу водневого електрода?

Відповідь: 1,89 × 10 ^{- 12} моль/л.

199. При якій концентрації іонів Мn²⁺ (у моль/л) потенціал марганцевого електрода буде на 0,015 В меншим за його стандартний електродний потенціал?

200. Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів і обчисліть ЕРС гальванічного елемента, що складається із свинцевої та магнієвої пластин, опущених у розчини своїх солей з концентрацією [Pb²⁺ ] = [ Mg²⁺] = 0,1 моль/л. Чи зміниться ЕРС цього елемента, якщо концентрацію кожного з іонів збільшити в однакове число разів?

Література: [1, с. 190-201; 2, с. 263-285; 3, с. 435-455; 4, с. 170-179].

 

ЕЛЕКТРОЛІЗ

Приклад 1. Яка маса міді виділиться на катоді під час електролізу розчину CuSO₄ протягом 1 год при силі струму 4 А?

Розв'язання. Відповідно до законів Фарадея

m=mеIt/96500, (18)

де т − маса речовини, окисленої чи відновленої на електроді;

mе - еквівалентна маса речовини;

I − сила струму, A;

t − тривалість електролізу, c.

Еквівалентна маса міді в CuSO₄ дорівнює 63,54:2 = 31,77 г/моль. Підставивши до формули (18) значення Е = 31,77, I = 4 А, t = 60 × 60 =3600 с, одержимо

m=31,77·4·3600/96500=4,74 г.

Приклад 2. Обчисліть еквівалентну масу металу, знаючи, що під час електролізу розчину хлориду цього металу витрачено 3880 Кл електрики і на катоді виділяється 11,742 г металу.

Розв'язання. З формули (18)

mе = 11,742 × 96500/3880 = 29,35 г/моль,

де т = 11,742 г; It = Q = 3880 Кл.

Приклад 3. Чому дорівнює сила струму під час електролізу розчину протягом 1 год 40 хв 25 с, якщо на катоді виділилося 1,4 л водню (н.у.)?

Розв'язання. З формули (18)

I= т × 96500/mеt.

Оскільки даний об'єм водню, то відношення т/mе заміняємо відношенням

V_H2/V_е(Н2);

де V_Н2 − об¢єм водню, л;

V_е(Н2) − еквівалентний об¢єм водню, л.

Тоді

I = V_Н2× 96500 / V_е(Н2).

Еквівалентний об¢єм водню за н.у. дорівнює половині молярного об¢єму 22,4/2 = 11,2 л. Підставивши в наведену формулу значення V_H2 =1,4 л, V_е(Н2) =11,2 л, t =6025 (1 год 40 хв 25 с = 6025 с), знаходимо

I = 1,4 × 96 500/11,2 × 6025 = 2 А.

Приклад 4. Яка маса гідроксиду калію утворилася на катоді під час електролізу розчину К₂SO₄, якщо на аноді виділилося 11,2 л кисню (н.у.)?

Розв'язання. Еквівалентний об¢єм кисню (н.у.) 22,4/4 = 5,6 л. Отже, 11,2 л містять дві еквівалентні маси кисню. Стільки еквівалентних мас КОН утворилося біля катода, а саме 56,11 × 2 = 112,22 г (56,11 г/моль − молярна й еквівалентна маси КОН).

Контрольні запитання

201.Електроліз розчину К₂SO₄ проводили при силі струму 5 А за 3 години. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на електродах. Яка маса води при цьому розклалася і чому дорівнюють об¢єми газів (н.у.), що виділилися на катоді й аноді?

Відповідь: 5,03 г; 6,266 л; 3,133 л.

202. Під час електролізу солі деякого металу протягом 1,5 год при силі струму 1,3 А на катоді виділилося 1,75 г цього металу. Обчисліть еквівалентну масу металу.

Відповідь: 17,37 г/моль.

203. Під час електролізу розчину CuSO₄ на аноді виділилося 168 см³ газу (н.у.). Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на електродах, і обчисліть, яка маса міді виділилася на катоді.

Відповідь: 0,953 г.

204. Електроліз розчину Na₂SO₄ проводили протягом 5 год при силі струму 7А. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на електродах. Яка маса води при цьому розклалася і чому дорівнюють об¢єми газів (н.у.), що виділилися на катоді й аноді?

Відповідь: 11,75 г.; 14,62 л; 7,31 л.

205. Електроліз розчину нітрату срібла проводили при силі струму 2 А протягом 4 год. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на електродах. Яка маса срібла виділилася на катоді та який об¢єм газу (н.у.), що виділився на аноді?

Відповідь: 32,20 г; 1,67 л.

206. Електроліз розчину сульфату деякого металу проводили при силі струму 6 А протягом 45 хв, у результаті чого на катоді виділилося 5,49 г металу. Обчисліть еквівалентну масу металу.

Відповідь: 32,7 г/моль.

207. Наскільки зменшиться маса срібного анода, якщо електроліз розчину AgNO₃ проводити при силі струму 2 А протягом 38 хв 20 с? Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на графітових електродах.

Відповідь: 4,47 г.

208. Електроліз розчину сульфату цинку проводили протягом 5 год, у результаті чого виділилося 6 л кисню (н.у.). Складіть рівняння електродних процесів і обчисліть силу струму.

Відповідь: 5,74 А.

209. Електроліз розчину CuSO₄ проводили з мідним анодом протягом 4 год при силі струму 50 А. При цьому виділилося 224 г міді. Обчисліть вихід за струмом (відношення маси речовини, що виділилася, до теоретично можливої). Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на електродах у випадку мідного і вугільного анода.

Відповідь: 94,48%.

210. Електроліз розчину сульфату нікелю проводили протягом 6 год, у результаті чого виділилося 7 л кисню (н.у.). Складіть рівняння електродних процесів і обчисліть силу струму.

211. Електроліз розчину Nal проводили при силі струму 6 А протягом 2,5 год. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на вугільних електродах, і обчисліть масу речовини, що виділились на катоді й аноді? Відповідь: 0,56 г; 71,0 г.

212. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на вугільних електродах під час електролізу розчину AgNO₃. Якщо електроліз проводити зі срібним анодом, то його маса зменшується на 5,4 г. Визначити витрату електрики при цьому.

Відповідь: 4830 Кл.

213. Електроліз розчину CuSO₄ проводили протягом 15 хв при силі струму 2,5 А. Виділилося 0,72 г міді. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на електродах у випадку мідного і вугільного анодів. Обчисліть вихід за струмом (відношення маси речовини, що виділилася, до теоретично можливої).

Відповідь: 97,3%.

214. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на графітових електродах під час електролізу розплавів і водних розчинів NaCI і КОН. Скільки літрів (н.у.) газу виділиться на аноді під час електролізу гідроксиду калію, якщо електроліз проводити протягом 30 хв при силі струму 0,5 А?

Відповідь: 0,052 л.

215. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на графітових електродах під час електролізу розчину КВr. Яка маса речовини виділяється на катоді й аноді, якщо електроліз проводити протягом 1 год 35 хв при силі струму 15 А?

Відповідь: 0,886 г; 70,79 г.

216. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на вугільних електродах під час електролізу розчину СuСl₂. Обчисліть масу міді, що виділилася на катоді, якщо на аноді виділилося 560 мл газу (н.у.).

Відповідь: 1,588 г.

217. При електролізі солі тривалентного металу при силі струму 1,5 А протягом 30 хв на катоді виділилося 1,071 г металу. Обчисліть атомну масу металу.

Відповідь: 114,82.

218. Електроліз розчину КІ проводили при силі струму 4 А протягом 1,5 год. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на вугільних електродах, і обчисліть об¢єми речовин, що виділились на катоді й аноді?

219. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на вугільних електродах під час електролізу розчину Ni(NO₃₎₂. Якщо електроліз проводити із нікелевим анодом, то його маса зменшується на 8,4 г. Визначити витрату електрики при цьому.

220. Складіть електронні рівняння процесів, що відбуваються на вугільних електродах під час електролізу розплаву СuСl₂. Обчисліть масу речовини, що виділилася на катоді, якщо на аноді виділилося 280 мл газу (н.у.).

Література: [1, с. 207-213; 2, с. 285-290; 3, с. 473-483; 4, с. 183-189].

 

КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ

 

Корозія − це процес руйнування металів у результаті хімічної чи електрохімічної взаємодії їх з навколишнім середовищем.

При електрохімічній корозії на поверхні металу одночасно протікають два процеси:

анодний — окиснення металу

Ме° - п ē = Меⁿ⁺

катодний — відновлення іонів водню

2Н⁺ + 2ē =Н₂

або молекул кисню, розчиненого у воді,

О₂+ 2Н₂О + 4ē=4 ОН^-.

Іони або молекули, що відновлюються на катоді, називаються деполяризаторами. При атмосферній корозії —корозії у вологому повітріза кімнатної температури − деполяризатором єкисень.

Приклад 1. Як відбувається корозія цинку, що перебуває в контакті з кадмієм у нейтральному і кислому розчинах. Складіть електронні рівняння анодного й катодного процесів. Який склад продуктів корозії?

Розв'язання. Цинк має більш неґативнийпотенціал (-0,763 В)ніж кадмій (-0,403 В), тому він є анодом, а кадмій − катодом.

Аноднийпроцес:

Zn -2ē=Zn²⁺,

катодний процес:

у кислому середовищі 2Н⁺ + 2ē = Н₂,

у нейтральномусередовищіО₂ +Н₂О +2ē=2 ОН^-.

Іони Zn²⁺ з гідроксильною групою утворюють нерозчинний гідроксид, який буде продуктом корозії Zn(OH)₂.

Контрольні запитання

221. Як відбувається атмосферна корозія лудженого й оцинкованого заліза при порушенні покриття? Складіть електронні рівняння анодного і катодного процесів.

222. Мідь не витісняє водень з розведених кислот. Чому? Однак, якщо до мідної пластинки, опущеної в кислоту, доторкнутися цинковою, то на міді починається бурхливе виділення водню. Дайте цьому пояснення, склавши електронні рівняння анодного і катодного процесів. Напишіть рівняння хімічної реакції, що протікає.

223. Як відбувається атмосферна корозія лудженого заліза і лудженої міді при порушенні покриття? Складіть електронні рівняння анодного і катодного процесів.

224. Якщо пластинку з чистого цинку опустити в розведену кислоту, то виділення водню, що починається, незабаром майже припиняється. Однак при дотику до цинку мідною паличкою на останній починається бурхливе виділення водню. Дайте цьому пояснення, склавши електронні рівняння анодного і катодного процесів. Напишіть рівняння хімічної реакції, що протікає.

225. У чому сутність протекторного захисту металів від корозії? Наведіть приклад протекторного захисту заліза в електроліті, що містить розчинений кисень. Складіть електронні рівнянняанодного і катодного процесів.

226. Залізний виріб покрили нікелем. Яке це покриття — анодне чи катодне? Чому? Складіть електронні рівняння анодного і катодного процесів корозії цього виробу при порушенні покриття у вологому повітрі й у хлороводневій (соляній) кислоті. Якіпродукти корозії утворяться в першому й у другому випадках?

227. Складіть електроннірівняння анодного і катодного процесів з кисневою і водневою деполяризацією при корозії пари магній — нікель. Які продукти корозії утворятьсяв першому і в другому випадках?

228. У розчин хлороводневої (соляної) кислоти помістили цинкову пластинку і цинкову пластинку, частково покриту міддю. У якому випадку процес корозії цинку відбуваєтьсяінтенсивніше? Відповідь мотивуйте, склавши електронні рівняння відповідних процесів.

229. Чому хімічночисте залізо більш стійке до корозії, ніж технічне залізо? Складіть електронні рівняння анодного і катодного процесів, що відбуваються при корозії технічного заліза у вологому повітрі й у кислому середовищі.

230. Яке покриттяметалу називається ано