ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №3
Растворы электролитов
В задачах 839−844 рассчитайте значение рН миллимолярного раствора слабой кислоты (константа диссоциации K а) до и после добавления к нему равного объема раствора соли с молярной концентрацией С (степень диссоциации соли равна 1).
| № | Кислота | K а | Соль | С, моль/л |
| СН3СООН | 1,8∙10−5 | СН3СООK | 0,100 | |
| HNO2 | 5,1∙10−4 | NaNO2 | 0,002 | |
| НСООН | 1,8∙10−4 | НСООNa | 0,500 | |
| HClO | 2,8∙10−8 | KClO | 0,001 | |
| HCN | 4,9∙10−10 | LiCN | 0,005 | |
| HF | 6,6·10−4 | NaF | 0,010 |
В задачах 845−852 рассчитайте значение рН раствора, полученного из миллимолярного раствора сильной кислоты (объем V 1) и децимолярного раствора сильного основания (объем V 2). Коэффициенты активности ионов равны 1.
| № | Кислота | V 1, мл | Основание | V 2, мл |
| HNO3 | NaOH | |||
| HCl | Ba(OH)2 | |||
| HBr | KOH | |||
| ClCH2COOH | CsOH | |||
| HCl | LiOH | 0,5 | ||
| HNO3 | Ba(OH)2 | 1,5 | ||
| HBr | NaOH | |||
| ClCH2COOH | KOH |
В задачах 853−858 рассчитайте молярную концентрацию слабого электролита в водном растворе используя значения константы диссоциации K д и рН раствора.
| № | Электролит | K д | рН | № | Электролит | K д | рН |
| СН3СООН | 1,8∙10−5 | 5,5 | HClO | 2,8∙10−8 | 6,0 | ||
| NH4OH | 1,7∙10−5 | 9,5 | HCN | 4,9∙10−10 | 5,0 | ||
| HNO2 | 5,1∙10−4 | 3,5 | NH4OH | 1,7∙10−5 | 11,0 |
В задачах 859−866 рассчитайте количество вещества сильного электролита, содержащееся в 500 мл водного раствора, если известны степень диссоциации электролита (0,9) и рН раствора. Коэффициенты активности ионов принять равными 1.
| № | Электролит | рН | № | Электролит | рН |
| HNO3 | 2,0 | NaOH | 11,5 | ||
| HCl | 4,5 | KOH | 10,0 | ||
| HBr | 3,0 | Ba(OH)2 | 13,0 | ||
| HNO3 | 4,2 | KOH | 12,5 |
В задачах 867−874 рассчитайте значение произведения растворимости ПР вещества по известным значениям растворимости (S) в насыщенном водном растворе.
| № | Вещество | S, г/л | № | Вещество | S, г/л |
| Fe(OH)3 | 1,81∙10−9 | Mg(OH)2 | 6,44∙10−3 | ||
| Ag2CO3 | 3,20∙10−9 | Ag2SO4 | 8,36 | ||
| PbI2 | 6,22∙10−1 | Zn(OH)2 | 1,46∙10−4 | ||
| CaF2 | 1,68∙10−2 | CaCO3 | 6,93∙10−3 |
В задачах 875−882 рассчитайте значение рН насыщенного водного раствора малорастворимого гидроксида, используя значение произведения растворимости ПР.
| № | Гидроксид | ПР | № | Гидроксид | ПР |
| Mg(OH)2 | 5,5·10−12 | Cr(OH)3 | 6,7·10−31 | ||
| Fe(ОН)3 | 3,8·10−38 | Pb(OH)2 | 1,0·10−15 | ||
| Al(OH)3 | 5,1·10−33 | Zn(OH)2 | 1,3·10−17 | ||
| Cu(OH)2 | 5,0·10−19 | Bi(OH)3 | 3,0·10−32 |
В задачах 883−889. докажите с помощью расчетов, будет ли образовываться осадок малорастворимой соли, если к раствору вещества А (объем V 1, концентрация С 1) добавить раствор вещества В (объем V 2, концентрация С 2). Степень диссоциации веществ А и В принять равной 1.
| № | Соль | ПР | Вещество А | V 1, мл | С 1, моль/л | Вещество В | V 2, мл | С 2, моль/л |
| BaSO4 | 1,1·10−10 | BaCl2 | 0,020 | Na2SO4 | 0,100 | |||
| AgCl | 1,6·10−10 | AgNO3 | 0,001 | СаСl2 | 0,010 | |||
| SrSO4 | 3,2·10−7 | Sr(NO3)2 | 0,001 | Na2SO4 | 0,005 | |||
| PbI2 | 9,8 ·10−9 | Pb(NO3)2 | 0,040 | KI | 0,001 | |||
| Ag2CO3 | 8,7·10−12 | AgNO3 | 0,002 | Na2CO3 | 0,010 | |||
| PbSO4 | 1,6·10−8 | Pb(NO3)2 | 0,010 | K2SO4 | 0,010 | |||
| ZnS | 7,4·10−27 | ZnCl2 | 0,005 | Na2S | 0,001 |
В задачах 896−907 напишите уравнения гидролиза соли в молекулярной и ионно-молекулярной формах. Рассчитайте константу и степень гидролиза соли по первой ступени, если известны молярная концентрация соли С и значения констант диссоциации K ai или K bi продукта полного гидролиза.
| № | Соль | С, моль/л | Продукт полного гидролиза | ||
| формула | значение K a(b)i | ||||
| K2SO3 | 0,005 | Н2SO3 | K аI = 1,7·10−2 K аII = 6,3·10−8 | ||
| NH4NO3 | 0,001 | NH4OH | K b= 1,7∙10−5 | ||
| Na2S | 0,004 | Н2S | K аI = 5,7·10−8 K аII =1,2·10 −15 | ||
| ZnCl2 | 0,002 | Zn(OH)2 | K bI = 4,4·10 −5 K bII = 1,5·10 −9 | ||
| СН3СООK | 0,100 | СН3СООH | K а= 1,8∙10−5 | ||
| Pb(NO3)2 | 0,060 | Pb(OH)2 | K bI = 9,6·10 −4 K bII = 3,0·10 −8 | ||
| K2SiO3 | 0,001 | H2SiO3 | K аI = 2,2·10 −10 K аII = 1,6·10 −12 | ||
| K2СО3 | 0,001 | Н2CO3 | K аI = 4,3·10 −7 K аII = 5,6·10 −11 | ||
| NaCN | 0,020 | HCN | K а= 4,9 ·10 −10 | ||
| NH4Сl | 0,010 | NH4OH | K b= 1,7∙10−5 | ||
| KNO2 | 0,001 | HNO2 | K а = 5,1∙10−4 | ||
| KНСО3 | 0,050 | Н2CO3 | K аI = 4,3·10 −7 K аII= 5,6·10 −11 | ||
Гальванические элементы. Электролиз.
В задачах 1−12 рассчитайте потенциал электрода, состоящего из металла М погруженного в насыщенный водный раствор его малорастворимого соединения МАn с известным значением ПР при стандартной температуре.
| № | М | МАn | ПР(МАn) | № | М | МАn | ПР(МАn) |
| Ni | Ni(OH)2 | 1,6·10−16 | Co | Co(OH)2 | 1,6·10−15 | ||
| Zn | Zn(OH)2 | 1,4·10−17 | Pb | PbSO4 | 1,6·10−8 | ||
| Cu | CuCO3 | 2,5·10−10 | Cd | Cd(CN)2 | 1,1·10−8 | ||
| Sn | Sn(OH)2 | 6,3·10−27 | Cu | Cu(OH)2 | 8,3·10−20 | ||
| Fe | Fe(OH)3 | 6,3·10−38 | Ag | Ag2SO4 | 1,6·10−5 | ||
| Pb | PbCl2 | 1,6·10−5 | Cr | Cr(OH)3 | 6,3·10−31 |
В задачах 13−22 составьте уравнения токообразующей реакции в ионно-молекулярной форме по приведенным данным (уравнениям полуреакций восстановления и значениям их стандартных потенциалов). Рассчитайте значение изменения энергии Гиббса D rG 0298 .
| № | Полуреакции | φ0Оф/Вф, B |
| MnO2 + 4H+ + 2ē D Mn2+ + 2H2O MnO4¯ + 4H+ + 3ē D MnO2 + 2H2O | + 1,228 + 1,692 | |
| ClO3¯ + 3H2O + 6ē D Cl¯ + 6OH¯ MnO42− + 4H2О + 4ē D Mn2+ + 8OН¯ | + 0,630 + 0,710 | |
| NO2¯ + 5H2О + 6ē D NH3 + 7OН¯ [Al(OH)4]¯ + 3ē D Al + 4OH¯ | + 0,153 − 2,236 | |
| MnO2 + 4H+ + 2ē D Mn2+ + 2H2O NO3¯ + 10H+ + 8ē D NH4+ + 3Н2О | + 1,228 + 0,870 | |
| Cl2 + 2ē → 2Cl¯ 2ClO3¯ + 12H+ + 10ē → Cl2 + 6Н2О | + 1,359 + 1,471 | |
| Cr2O72¯ + 14H+ + 6ē D 2Cr3+ + 7H2O H2O2 + 2H+ + 2ē D 2Н2О | +1,331 + 1,770 | |
| 2ClO¯ + 2H2O + 2ē D Cl2 + 4OH¯ BrO3¯ + 2Н2О + 4ē D BrO¯ + 4OH¯ | + 0,405 + 0,540 | |
| 2NO2¯ + 4H2O + 6ē D N2 + 8OH¯ MnO42¯ + 2H2O + 2ē D MnO2 + 4OH¯ | + 0,411 + 0,579 | |
| NO3¯ + H2O + ē D NО2 + 2OH¯ PbO + H2O + 2ē D Pb↓ + 2OH¯ | − 0,859 − 0,579 | |
| S + 2Н+ + 2е D Н2S SO32- + 6Н+ + 6е D S + 3H2O | + 0,140 + 0,450 |
В задачах 23−32 по приведенному уравнению токообразующей реакции, протекающей в гальваническом элементе, напишите уравнения анодного и катодного процессов. Рассчитайте значение стандартной константы равновесия данной токообразующей реакции, если известны значения стандартных потенциалов φ0Оф/Вф (1) и φ0Оф/Вф (2) электродных процессов.
| № | Токообразующая реакция | φ0Оф/Вф (1), B | φ0Оф/Вф (2), B |
| 10Со3+ + Br2 + 6H2O D 10Со2+ + 2BrO3¯ + 12H+ | + 1,950 | + 1,522 | |
| Zn2+ + H2 + 2OH¯ D Zn + 2Н2О | − 0,760 | − 0,831 | |
| PbO2 + 2Cl¯+ 4H+ D Pb2+ + Cl2 + 2Н2О | + 1,360 | +1,461 | |
| 2NO2¯ + 2I¯ + 4H+ D 2NO + I2 + 2H2O | + 1,002 | + 0,540 | |
| 2MnO4¯ + 5H2S + 6H+ D 2Mn2+ + 5S + 8Н2О | + 1,518 | + 0,171 | |
| Cr2O72¯ + 3SO2 + 2H+ D 2Cr3+ + 3SO42− + H2O | + 1,332 | + 0,170 | |
| 3Cl2 + I− + 3H2O D 6Cl− + IO3− + 6H+ | + 1,358 | + 1,090 | |
| 2HNO2 + 2Br− + 2H+ D Br2 + 2NO + 2H2O | + 0,981 | + 1,087 | |
| 2MnO4− + 5HNO2 + H+ D 2Mn2+ + 5NO3− + 3H2O | + 0,940 | + 1,510 | |
| 2IO3− + 5MnO2 + 8OH− D 5MnO42− + I2 + 4H2O | + 0,211 | + 0,580 |
В задачах 33−44 д ля приведенного гальванического элемента напишите уравнения анодного и катодного процессов и токообразующей реакции. По термодинамическим данным (см. Приложение), рассчитайте стандартное значение ЭДС.
| № | Схема гальванического элемента | № | Схема гальванического элемента |
| (−) Zn | Zn2+ || Ag+ | Ag (+) | (−) Fe | Fe2+ || Pb2+ | Pb (+) | ||
| (−) Pt, H2| H+ || Sn2+, Sn4+| Pt (+) | (−) Pt, H2| H+ || Co2+, Co3+| Pt (+) | ||
| (−) Al | Al3+ || Cu2+ | Cu (+) | (−) Cd | Cd2+ || Sn2+ | Sn (+) | ||
| (−) Zn | Zn2+ || Ag+ | Ag (+) | (−) Mg | Mg2+ || Fe2+ | Fe (+) | ||
| (−) Pt, H2| H+ || Fe2+, Fe3+| Pt (+) | (−) Mn | Mn2+ || Ag+ | Ag (+) | ||
| (−) Ni | NI2+ || Cu2+ | Cu (+) | (−) Pt, H2| H+ || Cr2+, Cr3+| Pt (+) |
В задачах 45−54 изобразите схему гальванического элемента, состоящего из двух стандартных электродов 1 и 2. Напишите уравнения электродных процессов и уравнение токообразующей реакции. По значениям стандартных электродных потенциалов рассчитайте изменение стандартной энергии Гиббса Δ rG 0298 токообразующей реакции.
| № | Электрод | № | Электрод | ||
| 1 | 2 | 1 | 2 | ||
| Cu2+ | Cu | Fe2+ | Fe | Ni2+ | Ni | Au3+ | Au | ||
| Zn2+ | Zn | Pb2+ | Pb | Mg2+ | Mg | Cu2+ | Cu | ||
| Ag+ | Ag | Cd2+ | Cd | Fe2+ | Fe | Zn2+ | Zn | ||
| Mn2+ | Mn | Cu2+ | Cu | Sn2+ | Sn | Ag+ | Ag | ||
| Co2+ | Co | Sn2+ | Sn | Ni2+ | Ni | Pb2+ | Pb |
В задачах 55−64 напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции электролиза водного раствора указанного вещества. Какие вещества и в каком количестве (г или л при н.у.) выделятся на электродах за время τ при силе тока I и равными катодном и анодном коэффициентами выхода по току η.
| № | Вещество | τ, ч | I, A | η, % | № | Вещество | τ, ч | I, A | η, % |
| CuSO4 | 2,1 | AlCl3 | 4,2 | ||||||
| NaCl | 0,8 | AgNO3 | 8,5 | ||||||
| Pb(NO3)2 | 3,6 | MgBr2 | 1,6 | ||||||
| KOH | 1,8 | HgCl2 | 2,5 | ||||||
| SnSO4 | 6,3 | K2S | 3,7 |
В задачах 65−74 напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции электролиза водного раствора указанного вещества. Сколько времени потребуется для выделения указанного объема газа (н.у.) при силе тока I и равными анодном и катодном коэффициентами выхода по току η?
| № | Вещество | I, A | V, л | η, % | № | Вещество | I, A | V, л | η, % |
| HgCl2 | 2,4 | AgNO3 | 0,8 | ||||||
| Cu(NO3)2 | 1,8 | SnCl2 | 3,4 | ||||||
| KI | 0,6 | PbF2 | 2,8 | ||||||
| SnSO4 | 3,7 | CuSO4 | 1,7 | ||||||
| Na2S | 4,0 | NaBr | 4,2 |
В задачах 75−84 определите металл, выделяющийся на катоде при электролизе водного раствора его нитрата, если известны масса выделившегося металла m, сила тока I, время протекания процесса τ и катодный коэффициент выхода по току η. Напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции электролиза.
| № | m, г | I, A | τ, ч | η, % | № | m, г | I, A | τ, ч | η, % |
| 16,1 | 105,0 | ||||||||
| 7,3 | 61,1 | ||||||||
| 67,6 | 63,7 | ||||||||
| 128,2 | 170,5 | ||||||||
| 89,1 | 78,6 |
Коррозия металлов.
В задачах 1001–1010 определите термодинамическую возможность окисления металла кислородом при стандартных условиях. Рассчитайте значение парциального давления кислорода, ниже которого невозможно окисление данного металла. Приведите уравнение соответствующей реакции.
| № | Металл | Продукт окисления | № | Металл М | Продукт окисления |
| Ni | NiO | Mg | MgO | ||
| Fe | Fe2O3 | Со | СоО | ||
| Ag | Ag2O | Al | Al2O3 | ||
| Cu | CuO | Sn | SnO | ||
| Cr | Cr2O3 | Pb | PbO |
В задачах 1011–1022 расчетами стандартных ЭДС коррозионного элемента и энергии Гиббса ΔrG0298 коррозионного процесса подтвердите возможность электрохимической коррозии при Т = 298 К изделия из данного металла в аэрированном растворе с указанными значениями рН и активности ионов металла а MZ+.
| № | Металл | рН | а MZ+·104, моль/л | № | Металл | рН | а MZ+·104, моль/л |
| Mg | 6,0 | Sn | 7,0 | ||||
| Zn | 8,0 | Pb | 6,0 | ||||
| Ag | 3,0 | Cu | 3,0 | ||||
| Fe | 4,0 | Cd | 5,0 | ||||
| Al | 8,0 | Co | 5,0 | ||||
| Ni | 6,0 | Mn | 6,0 |
В задачах 1023–1034 напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции, происходящих при электрохимической коррозии, если два контактируюшие металла (М 1 и М 2) находятся при 298 К в аэрированном растворе с указанными значениями рН и активности ионов корродирующего металла а MZ+. Рассчитайте значения ЭДС коррозионного элемента и изменение энергии Гиббса ΔrG0298 коррозионного процесса.
| № | М 1 | М 2 | рН | а MZ+·104, моль/л | № | М 1 | М 2 | рН | а MZ+·104, моль/л |
| Al | Fe | 8,0 | Ag | Ni | 5,0 | ||||
| Zn | Cd | 9,0 | Pb | Al | 7,0 | ||||
| Fe | Zn | 6,0 | Fe | Pb | 7,0 | ||||
| Sn | Mg | 7,0 | Cd | Mg | 5,0 | ||||
| Ni | Ag | 5,0 | Cu | Ag | 4,0 | ||||
| Cu | Sn | 4,0 | Sn | Zn | 9,0 |
