Гальванические элементы. Электролиз.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №3

Растворы электролитов

В задачах 839844 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	Kа	Соль	С, моль/л
	СН3СООН	1,8105	СН3СООK	0,100
	HNO2	5,1104	NaNO2	0,002
	НСООН	1,8104	НСООNa	0,500
	HClO	2,8108	KClO	0,001
	HCN	4,91010	LiCN	0,005
	HF	6,6·104	NaF	0,010

В задачах 845852 рассчитайте значение рН раствора, полученного из миллимолярного раствора сильной кислоты (объем V₁) и децимолярного раствора сильного основания (объем V₂). Коэффициенты активности ионов равны 1.

№	Кислота	V1, мл	Основание	V2, 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 853858 рассчитайте молярную концентрацию слабого электролита в водном растворе используя значения константы диссоциации K_д и рН раствора.

№	Электролит	Kд	рН	№	Электролит	Kд	рН
	СН3СООН	1,8105	5,5		HClO	2,8108	6,0
	NH4OH	1,7105	9,5		HCN	4,91010	5,0
	HNO2	5,1104	3,5		NH4OH	1,7105	11,0

В задачах 859866 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 867874 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	1,81109		Mg(OH)2	6,44103
	Ag2CO3	3,20109		Ag2SO4	8,36
	PbI2	6,22101		Zn(OH)2	1,46104
	CaF2	1,68102		CaCO3	6,93103

 

В задачах 875882 рассчитайте значение рН насыщенного водного раствора малорастворимого гидроксида, используя значение произведения растворимости ПР.

№	Гидроксид	ПР	№	Гидроксид	ПР
	Mg(OH)2	5,5·1012		Cr(OH)3	6,7·1031
	Fe(ОН)3	3,8·1038		Pb(OH)2	1,0·1015
	Al(OH)3	5,1·1033		Zn(OH)2	1,3·1017
	Cu(OH)2	5,0·1019		Bi(OH)3	3,0·1032

 

В задачах 883889. докажите с помощью расчетов, будет ли образовываться осадок малорастворимой соли, если к раствору вещества А (объем V₁, концентрация С₁) добавить раствор вещества В (объем V₂, концентрация С₂). Степень диссоциации веществ А и В принять равной 1.

№	Соль	ПР	Вещество А	V1, мл	С1, моль/л	Вещество В	V2, мл	С2, моль/л
	BaSO4	1,1·1010	BaCl2		0,020	Na2SO4		0,100
	AgCl	1,6·1010	AgNO3		0,001	СаСl2		0,010
	SrSO4	3,2·107	Sr(NO3)2		0,001	Na2SO4		0,005
	PbI2	9,8 ·109	Pb(NO3)2		0,040	KI		0,001
	Ag2CO3	8,7·1012	AgNO3		0,002	Na2CO3		0,010
	PbSO4	1,6·108	Pb(NO3)2		0,010	K2SO4		0,010
	ZnS	7,4·1027	ZnCl2		0,005	Na2S		0,001

 

В задачах 896907 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 Ka(b)i
	K2SO3	0,005	Н2SO3	KаI = 1,7·102 KаII = 6,3·108
	NH4NO3	0,001	NH4OH	Kb= 1,7105
	Na2S	0,004	Н2S	KаI = 5,7·108 KаII =1,2·10 15
	ZnCl2	0,002	Zn(OH)2	KbI = 4,4·10 5 KbII = 1,5·10 9
	СН3СООK	0,100	СН3СООH	Kа= 1,8105
	Pb(NO3)2	0,060	Pb(OH)2	KbI = 9,6·10 4 KbII = 3,0·10 8
	K2SiO3	0,001	H2SiO3	KаI = 2,2·10 10 KаII = 1,6·10 12
	K2СО3	0,001	Н2CO3	KаI = 4,3·10 7 KаII = 5,6·10 11
	NaCN	0,020	HCN	Kа= 4,9 ·10 10
	NH4Сl	0,010	NH4OH	Kb= 1,7105
	KNO2	0,001	HNO2	Kа = 5,1104
	KНСО3	0,050	Н2CO3	KаI = 4,3·10 7 KаII= 5,6·10 11

 

Гальванические элементы. Электролиз.

В задачах 112рассчитайте потенциал электрода, состоящего из металла М погруженного в насыщенный водный раствор его малорастворимого соединения МА_n с известным значением ПР при стандартной температуре.

№	М	МАn	ПР(МАn)	№	М	МАn	ПР(МАn)
	Ni	Ni(OH)2	1,6·1016		Co	Co(OH)2	1,6·1015
	Zn	Zn(OH)2	1,4·1017		Pb	PbSO4	1,6·108
	Cu	CuCO3	2,5·1010		Cd	Cd(CN)2	1,1·108
	Sn	Sn(OH)2	6,3·1027		Cu	Cu(OH)2	8,3·1020
	Fe	Fe(OH)3	6,3·1038		Ag	Ag2SO4	1,6·105
	Pb	PbCl2	1,6·105		Cr	Cr(OH)3	6,3·1031

 

В задачах 1322составьте уравнения токообразующей реакции в ионно-молекулярной форме по приведенным данным (уравнениям полуреакций восстановления и значениям их стандартных потенциалов). Рассчитайте значение изменения энергии Гиббса D_rG⁰₂₉₈ .

№	Полуреакции	0Оф/Вф, B
	MnO2 + 4H+ + 2 D Mn2+ + 2H2O MnO4¯ + 4H+ + 3 D MnO2 + 2H2O	+ 1,228 + 1,692
	ClO3¯ + 3H2O + 6 D Cl¯ + 6OH¯ MnO42 + 4H2О + 4 D Mn2+ + 8OН¯	+ 0,630 + 0,710
	NO2¯ + 5H2О + 6 D NH3 + 7OН¯ [Al(OH)4]¯ + 3 D Al + 4OH¯	+ 0,153 2,236
	MnO2 + 4H+ + 2 D Mn2+ + 2H2O NO3¯ + 10H+ + 8 D NH4+ + 3Н2О	+ 1,228 + 0,870
	Cl2 + 2 2Cl¯ 2ClO3¯ + 12H+ + 10 Cl2 + 6Н2О	+ 1,359 + 1,471
	Cr2O72¯ + 14H+ + 6 D 2Cr3+ + 7H2O H2O2 + 2H+ + 2 D 2Н2О	+1,331 + 1,770
	2ClO¯ + 2H2O + 2 D Cl2 + 4OH¯ BrO3¯ + 2Н2О + 4 D BrO¯ + 4OH¯	+ 0,405 + 0,540
	2NO2¯ + 4H2O + 6 D N2 + 8OH¯ MnO42¯ + 2H2O + 2 D MnO2 + 4OH¯	+ 0,411 + 0,579
	NO3¯ + H2O + D NО2 + 2OH¯ PbO + H2O + 2 D Pb + 2OH¯	0,859 0,579
	S + 2Н+ + 2е D Н2S SO32- + 6Н+ + 6е D S + 3H2O	+ 0,140 + 0,450

 

В задачах 2332по 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 ⁰_Оф/Вф (1) и ⁰_Оф/Вф (2) электродных процессов.

№	Токообразующая реакция	0Оф/Вф (1), B	0Оф/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 3344 для 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 4554изобразите 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 _rG⁰₂₉₈ 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 5564напишите 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 при силе тока I и равными катодном и анодном коэффициентами выхода по току .

№	Вещество	, ч	I, A	, %	№	Вещество	, ч	I, A	, %
	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 6574напишите 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 ?

№	Вещество	I, A	V, л	, %	№	Вещество	I, A	V, л	, %
	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 7584определите металл, выделяющийся на катоде при электролизе водного раствора его нитрата, если известны масса выделившегося металла m, сила тока I, время протекания процесса и катодный коэффициент выхода по току . Напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции электролиза.

№	m, г	I, A	, ч	, %	№	m, г	I, A	, ч	, %
	16,1					105,0
	7,3					61,1
	67,6					63,7
	128,2					170,5
	89,1					78,6

 

Коррозия металлов.

В задачах 1001–1010определите 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 1011–1022расчетами стандартных ЭДС коррозионного элемента и энергии Гиббса _rG⁰₂₉₈ 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_M^Z+.

№	Металл	рН	аMZ+·104, моль/л	№	Металл	рН	аMZ+·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 1023–1034напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции, происходящих при электрохимической коррозии, если два контактируюшие металла (М₁ и М₂) находятся при 298 К в аэрированном растворе с указанными значениями рН и активности ионов корродирующего металла а_M^Z+. Рассчитайте значения ЭДС коррозионного элемента и изменение энергии Гиббса _rG⁰₂₉₈ коррозионного процесса.