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 (св = 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 Df H0, кДж/моль S0, Дж/(моль×К) Df 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 Df H0, кДж/моль S0, Дж/(моль×К) Df 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 Df H0, кДж/моль S0, Дж/(моль×К) Df 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