Задачи для самостоятельного решения. Задание 1. Электродные процессы в гальваническом элементе

Задание 1. Электродные процессы в гальваническом элементе. (Для вашего электрода см. вариант в таблице).

1. Подберите электролит и запишите электродную реакцию.

2. Запишите уравнение Нернста для расчета равновесного электрода и вычислите потенциал данного электрода при Т = 298 К в растворе электролита, если известна активность потенциалоопределяющего иона.

3. Составьте схему гальванического элемента из вашего электрода и стандартного водородного электрода.

4. Вычислите напряжение для составленного гальванического элемента, напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции.

 

Таблица вариантов

 

Номер вари- анта	Элек- трод	Активность иона, моль/л	Номер вари- анта	Элек- трод	Активность иона моль/л
	Сu2+/Cu	a(Cu2+) = 0,003		Sn2+/Sn	a(Sn2+) = 0,007
	Cd2+/Cd	a(Cd2+) = 0,01		Zn2+/Zn	a(Zn2+) = 0,08
	Co2+/Co	a(Co2+) = 0,005		Ti2+/Ti	a(Ti2+) = 0,004
	Cr3+/Cr	a(Cr3+) = 0,05		Al3+/Al	a(Al3+) = 0,03
	Fe2+/Fe	a(Fe2+) = 0,007		V2+/V	a(V2+) = 0,003
	Ni2+/Ni	a(Ni2+) = 0,002		Вi3+/Bi	a(Bi3+) = 0,006
	Mn2+/Mn	a(Mn2+) = 0,006		Ga3+/Ga	a(Ga3+) = 0,04
	Pb2+/Pb	a(Pb2+) = 0,004		Au+/Au	a(Au+) = 0,0009
	Ag+/Ag	a(Ag+) = 0,003		Cr2+/Cr	a(Cr2+) = 0,008
	Au3+/Au	a(Au3+) = 0,0001		Os2+/Os	a(Os2+) = 0,0006
	In3+/In	a(In3+) = 0,003		La3+/La	a(La3+) = 0,3
	Hg2+/Hg	a(Hg2+) = 0,004		Pt2+/Pt	a(Pt2+) = 0,007
	Pd2+/Pd	a(Pd2+) = 0,001		Cu+/Cu	a(Cu+) = 0,005
	Fe3+/Fe	a(Fe3+) = 0,0005		Hg2+2/Hg	a(Hg2+2) = 0,005
	Mo3+/Mo	a(Mo3+) = 0,006		Tl+/Tl	a(Tl+) = 0,002

Задание 2. Даны электроды (см. вариант таблицы).

1. Составьте схему гальванического элемента, подобрав соответствующие электролиты.

2. Напишите уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде; уравнение суммарной (токообразующей) реакции.

3. Вычислите напряжение гальванического элемента при указанных активностях ионов в растворе.

4. Рассчитайте энтальпию, энергию Гиббса токообразующего процесса в стандартных условиях и напряжение гальванического элемента (двумя способами).

 

Таблица вариантов

 

Номер варианта	Электрод I	Электрод II
полуэлемент	аионов (моль/л)	полуэлемент	аионов (моль/л)
	Pb2+/Pb	0,01	Zn2+/Zn	0,001
	Ni2+/Ni	0,01	Pd2+/Pd	0,005
	Zn2+/Zn	0,001	Zn2+/Zn	0,01
	Pb2+/Pb	0,01	Ag+/Ag	0,1
	Fe2+/Fe	0,004	Ni2+/Ni	0,2
	Pt / H+/H2	0,001	Co2+/Co	0,2
	Сu2+/Cu	0,1	Сu2+/Cu	2,0
	Fe2+/Fe	0,1	Ti2+/Ti	0,005
	Al3+/Al	0,01	Sn2+/Sn	0,025
	Ag+/Ag	0,5	Co2+/Co	0,1
	Ag+/Ag	0,1	Cd2+/Cd	0,01
	Sn2+/Sn	1,0	Pb2+/Pb	0,01
	Ni2+/Ni	0,01	Co2+/Co	0,05
	Mn2+/Mn	0,1	Pb2+/Pb	0,005
	Zn2+/Zn	0,05	Ni2+/Ni	0,1
	Fe2+/Fe	0,01	Al3+/Al	0,1
	Pt / H+/H2	0,02	Cr3+/Cr	1,2
	Zn2+/Zn	0,04	Pt/ H+/H2	0,1
	Сu2+/Cu	0,1	Pb2+/Pb	0,005
	Bi3+/Bi	0,06	Co2+/Co	0,2
	Ag+/Ag	0,005	Zn2+/Zn	0,05
	Ni2+/Ni	0,03	Fe2+/Fe	0,1
	Zn2+/Zn	0,5	Сu+/Cu	0,025
	Zn2+/Zn	0,005	Сu2+/Cu	0,1
	Mg2+/Mg	0,025	Сu2+/Cu	0,025
	Pt/ H+/H2	0,001	Pt/ H+/H2	1,0
	Pt/ H+/H2	0,01	Сu2+/Cu	0,5
	Pb2+/Pb	0,005	Pb2+/Pb	0,0025
	Co2+/Co	0,01	Mn2+/Mn	0,2
	Сu2+/Cu	0,01	Ag+/Ag	0,5

Задание 3. Электролиз водных растворов. Для водного раствора данного электролита (с _в = 1 моль/л).

1. Напишите уравнения процессов, которые идут на электродах при электролизе.

2. Рассчитайте, сколько и каких веществ выделится на катоде и ано-де, если электролиз вести при силе тока, равной I = А, в течение t часов.

3. Определите катодный выход по току.

4. Определите, как будет меняться среда у анода и катода в процессе электролиза.

5. Определите, как изменится анодный процесс, если анод заменить на другой, указанный в таблице.

 

Таблица вариантов

 

Номер вари- анта	Электролит	Электроды	I, A	t	Замена электрода
	CoSO4	Графитовые		20 мин	PbO2
	NiCl2	Графитовые		30 мин	Ni
	ZnSO4	Цинковые		40 мин	Графитовые
	AgNO3	Серебряные		1 ч	Графитовые
	СuSO4	Медные		50 мин	Графитовые
	SnCl2	Оловянные		1,5 ч	PbO2
	Pb(NO3)2	PbO2		20 мин	Свинцовые
	СdSO4	Кадмиевые		2 ч	Графитовые
	Ni(NO3)2	Графитовые		0,5 ч	Никелевые
	MgSO4	Графитовые		3 ч	Платина
	SnSO4	Графитовые		0,5 ч	Оловянные
	CuBr2	Кадмиевые		1 ч	Платина
	Са(NO3)2	Платина		20 мин	Графитовые
	MgCl2	Графитовые		6 ч	PbO2
	Fe(NO3)3	Железные		0,5 ч	PbO2
	NiSO4	Никелевые		3 ч	PbO2
	СdSO4	Графитовые		1 ч	Кадмиевые
	СuSO4	Графитовые		120 мин	Медные
	Al(NO3)3	Графитовые	0,5	20 мин	Платина
	К2S	Платина		10 мин	PbO2
	SnCl4	Графитовые		0,5 ч	Оловянные
	MnCl2	Марганцевые		70 мин	PbO2
	BaI2	Графитовые	5,2	18 мин	PbO2
	Cr2(SO4)3	Графитовые		15,5 ч	PbO2
	HgCl2	Ртутные		30 мин	PbO2
	K[Ag(CN)2]	Серебряные		90 мин	Платина
	K[Au(CN)2]	Графитовые	0,5	60 мин	Платина
	CrCl3	Хромовые		110 мин	Платина
	FeCl2	Платина	3,5	10 мин	Железные
	Н2[PtCl6]	Платина		1 ч	RuO2

 

приложения

 

П р и л о ж е н и е 1

 

Термодинамические характеристики некоторых веществ

При 298 К

 

Вещество	D f H 0, кДж/моль	S 0, Дж/(моль×К)	D f G, кДж/моль
ВаО(к)	–557,9	70,29	–528,4
ВаCl2(к)	–860,1		–810,9
ВеО(к)	–598,7	14,1	–581,6
ВеCl2(к)	–494		–468
Bi(к)		56,9
Bi2O3(к)	–578,2		–497,7
Br2(г)	30,92	245,35	3,14
Сграфит		5,74
Салмаз	1,83	2,38	2,85
СО(г)	–110,5	197,54	–137,14
СО2(г)	–393,51	213,68	–394,38
СОСl2(г)	–219,5	283,6	–205,3
ССl4(г)	–106,7	309,7	–63,95
СН4(г)	–74,85	186,2	–50,8
С2Н6(г)	–84,68	229,5	–32,89
CS2(ж)	88,7		64,4
СаО(к)	–635,5	39,7	–605,2
Са(ОН)2(к)	–986,2	83,4	–898,5
СаСО3(к)	–1207,1	92,88	–1128,76
Cl2(г)		222,96
Cr(к)		23,76
Cr2O3(к)	–1141	81,1	–1058
CuO(к)	–165	42,64	–127
Cu2О(к)	–173,2	92,93	–150,5
Fe(к)		27,15

 

П р о д о л ж е н и е п р и л. 1

 

Вещество	D f H 0, кДж/моль	S 0, Дж/(моль×К)	D f G, кДж/моль
FeO(к)	–263,8	58,8	–244,3
Fe2O3(к)	–822,16	89,96	–740,98
Н2(г)		130,58
HBr(г)	–35,98	198,5	–53,5
HCl(р)	–166,9	56,5	–131,2
HCl(г)	–92,3		–95,27
HF(г)	–268,61	173,51	–270,7
HI(г)	25,94	206,3	1,3
Н2О(г)	–241,82	188,7	–228,61
Н2О(ж)	–285,84	70,08	–237,2
Н2О2(ж)	–187,8	109,6	–120,4
Н2S(г)	–20,17	205,6	–33
H2SO4(ж)	–811,3	156,9	–690,3
I2(г)	62,24	260,58	19,4
Mg(к)		32,55
MgO(к)	–601,24	26,94	–569,4
Mg(NO3)2(к)	–789,6		–588,4
N2(г)		191,5
NH3(г)	–46,19	192,5	–16,66
NH4Cl(к)	–314,4	94,6	–203
(NH4)2SO4(к)	–1179,3	220,3	–900,3
NO(г)	90,37	210,62	86,71
NO2(г)	33,5	240,45	51,8
Na(к)
NaCl(к)	–410,9	72,33	–384
Na2SO4(к)	–1384,6	149,4	–1266,8
О2(г)		205,04
РН3(г)	5,44	210,1	13,39
Р2О5(к)	–1492	114,5	–1348,8

 

 

О к о н ч а н и е п р и л. 1

 

Вещество	D f H 0, кДж/моль	S 0, Дж/(моль×К)	D f G, кДж/моль
S(к)		31,88
SO2(г)	–296,9	248,1	–300,4
SO3(г)	–395,2	256,23	–370,4
SO2Cl2(ж)	–381,1	217,2	–315,8
SiCl4(г)	–609,6	331,4	–569,9
SiF4(г)	–1616	282,2	–1572,5
SiC(к)	–66,1	16,6	–63,7
SiО2(кварц)	–859,4	41,84	–805,2
Ti(к)		30,6
TiCl4(г)	–758,9	353,1	–714
ZnO(к)	–349	43,5	–318,2
ZnS(к)	–201	57,7	–239,8

 

П р и л о ж е н и е 2