- •Издательство
- •Оглавление
- •Важнейшие классы неорганических соединений
- •Примеры решения задач
- •2. Эквивалент. Закон эквивалентов
- •Примеры решения задач
- •3. Строение атома и Периодическая система
- •Примеры решения задач
- •Степени окисления фосфора, серы, хлора
- •Билет 3.3
- •Билет 3.4
- •Билет 3.5
- •Билет 3.6
- •Билет 3.7
- •Билет 3.8
- •Билет 3.9
- •Билет 3.10
- •Билет 3.11
- •Билет 3.12
- •Билет 3.13
- •Билет 3.14
- •Билет 3.15
- •Билет 3.16
- •Билет 3.17
- •Билет 3.18
- •Билет 3.19
- •Билет 3.20
- •4. Энергетика и направление химических процессов
- •Примеры решения задач
- •После подстановки справочных данных из табл.I получаем
- •Таким образом, тепловой эффект реакции равен –853,8 кДж, а DfH 0Fe2o3 составляет –822,2 кДж/моль.
- •Используя справочные данные табл.I получаем:
- •Решение. Вычисляем dh0х.Р. И ds0х.Р.:
- •Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения
- •При сгорании 1 л с2н4 (н.У.) выделяется 59,06 кДж теплоты. Определите стандартную энтальпию образования этилена. (Ответ: 52,3 кДж/моль).
- •4.3. Сожжены с образованием h2o(г) равные объемы водорода и ацетилена, взятых при одинаковых условиях. В каком случае выделится больше теплоты? Во сколько раз? (Ответ: 5,2).
- •5. Скорость химической реакции
- •Примеры решения задач
- •6. Химическое равновесие
- •Примеры решения задач
- •7. Способы выражения концентрации растворов
- •Примеры решения задач
- •4,37 Моль/кг
- •8. Свойства разбавленных растворов неэлектролитов
- •Примеры решения задач
- •9. Реакции обмена в растворах электролитов
- •Примеры решения задач
- •10. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Гидролиз солей.
- •Примеры решения задач
- •11. Окислительно-восстановительные реакции
- •Примеры решения задач
- •12. Электродные потенциалы. Гальванические элементы
- •Примеры решения задач
- •Для первого электрода:
- •Для второго электрода:
- •13. Жесткость воды
- •Примеры решения задач
- •14. Кальций, магний, кремний, вяжущие вещества
- •Библиографический список
- •Приложение
Примеры решения задач
Пример 12.1. Определите ЭДС концентрационного серебряного элемента с концентрациями ионов серебра, равными 10–1 моль/л у одного электрода и 10–4 моль/л у другого при 298 К.
Решение. Схема такого гальванического элемента Ag½Ag+||Ag+½Ag. По уравнению Нернста рассчитываем потенциалы двух серебряных электродов.
Для первого электрода:
jAg+/Ag = j0Ag+/Ag + 0,059 lg10-1 = 0,799 + 0,059×(–1) = 0,74 В
Для второго электрода:
jAg+/Ag = j0Ag+/Ag + 0,059 lg10-4 = 0,799 + 0,059×(–4) = 0,563 В
Первый электрод с большим значением потенциала в данном элементе является катодом, второй – анодом. ЭДС рассчитываем по формуле:
E = jк – jа = 0,74 – 0,563 = 0,177 В.
Пример 12.2. Рассчитайте ЭДС элемента Cd½Cd2+||Ni2+½Ni при концентрации ионов Cd2+ и Ni2+, равных соответственно 0,1 и 0,001 моль/л.
Решение. Используя уравнения Нернста и данные табл. 14.1, рассчитываем электродные потенциалы кадмия и никеля:
jСd2+/Cd = j0Сd2+/Cd + lg10-3 = -0,403 + 0,0295×(-3) = -0,4915 В
jNi2+/Ni = j0Ni2+/Ni + lg10-1 = -0,250 + 0,0295×(-1) = - 0,2795 В
Так как jСd2+/Cd < jNi2+/Ni , то токообразующей в этом гальваническом элементе является реакция Cd0 + Ni2+ = Cd2+ + Ni0. Рассчитываем ЭДС элемента
E = jNi2+/Ni – jСd2+/Cd = -0,2795 - (-0,4915 ) = 0,212 В.
Пример 12.3. Исходя из значений стандартных электродных потенциалов и DG0х.р., укажите, можно ли в гальваническом элементе осуществить реакцию Pb2+ + Ti = Pb + Ti2+. Составьте схему гальванического элемента, напишите уравнения электродных реакций.
Решение. В соответствии с уравнением реакции схему гальванического элемента можно представить следующим образом: (–)Ti½Ti2+||Pb2+½Pb(+). Уравнения электродных реакций имеют вид:
на аноде: Ti0 – 2ē ® Ti2+
на катоде: Pb2++ 2ē ® Pb0
Рассчитываем стандартное значение ЭДС:
E 0 = j0к – j0а = j0Pb2+/Pb – j0Ti2+/Ti = –0,126 – (–1,628) = 1,502 B.
Энергию Гиббса рассчитываем по уравнению DG0 = – nE0F= – 2×1,502×96500 = –289,9 кДж. Так как DG0 < 0, токообразующая реакция возможна.
Пример 12.4. Как изменится масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) CuSO4; б) MgSO4; в) Pb(NO3)2? Почему? Составьте молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.
Решение. В соответствии со значениями стандартных электродных потенциалов (табл. 12.1) ионы меди и свинца по отношению к цинку будут проявлять окислительную активность. При контакте с растворами CuSO4 и Pb(NO3)2 будут протекать реакции растворения цинка и осаждения соответствующего металла:
а) CuSO4 + Zn = Cu + ZnSO4; Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+
б) Pb(NO3)2 + Zn = Pb + Zn(NO3)2; Pb2+ + Zn = Pb + Zn2+
Один моль эквивалентов цинка (32,69 г/моль) будет замещаться на один моль эквивалентов меди (31,77 г/моль) или свинца (103,6 г/моль). Учитывая молярные массы эквивалентов этих элементов, в растворе CuSO4 масса цинковой пластины будет незначительно уменьшаться, а в растворе Pb(NO3)2 – заметно увеличиваться.
Стандартный потенциал магния имеет меньшее значение, чем потенциал цинка (табл. 12.1). Это означает, что ионы магния не могут окислять цинковую пластинку. Поведение цинка в таком растворе аналогично окислению цинковой пластинки в воде: Zn – 2ē = Zn2+. Протекание такого процесса приведет к малозаметному снижению массы цинковой пластинки.
Задачи
12.1. Чему равна величина ЭДС гальванического элемента, составленного из стандартных цинкового и серебряного электродов, погруженных в растворы их солей? Приведите схему гальванического элемента и реакции, протекающие на электродах при его работе. (Ответ: 1,562 В).
12.2. Чему равна величина ЭДС цинкового концентрационного элемента, составленного из двух цинковых электродов, опущенных в растворы с концентрациями ионов Zn2+, равными 10–2 и 10–6 моль/л? Приведите схему такого элемента и реакции, протекающие на электродах при его работе. (Ответ: 0,118 В).
12.3. Имеется гальванический элемент, в котором протекает токообразующая реакция Ni + Cu2+ = Cu + Ni2+. Составьте схему такого элемента, уравнения электродных процессов.
12.4. Составьте схему, напишите уравнения токообразующей и электродных реакций для гальванического элемента, у которого один из электродов – кобальтовый (СCо2+ = 10–1 моль/л), а другой – стандартный водородный. Рассчитайте ЭДС элемента при 298 К. Как изменится ЭДС, если концентрация ионов Со2+ уменьшить в 10 раз? (Ответ: 0,307 В; 0,336 В).
12.5. Каково значение ЭДС элемента, состоящего из медного и свинцового электродов, погруженных в растворы солей этих металлов с концентрациями их ионов 1 моль/л? Изменится или нет ЭДС этого элемента и почему, если концентрации ионов металлов будут составлять 0.001 моль/л? Составьте уравнения электродных и токообразующей реакций. Приведите схему гальванического элемента. (Ответ: 0,463 В).
12.6. Составьте схему, приведите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС концентрационного гальванического элемента, состоящего из медных электродов, опущенных в растворы СuSO4 с концентрациями 0,01 и 0,1 моль/л. (Ответ: 0,0295 В).
12.7. После нахождения в растворах каких из приведенных солей масса кадмиевой пластинки увеличится или уменьшится: а) MgCl2; б) Hg(NO3)2; в) CuSO4; г) AgNO3; д) CaCl2? Ответ обоснуйте.
12.8. Составьте схему, приведите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, которые опущены в растворы своих солей с концентрацией ионов Pb2+ и Mg2+, равных 1 моль/л. Изменится ли значение ЭДС, если концентрацию каждого из ионов понизить в 100 раз? Ответ обоснуйте. (Ответ: 2,237 В).
12.9. В два сосуда с голубым раствором сульфата меди поместили в первый хромовую пластинку, а во второй платиновую. В каком сосуде цвет раствора постепенно исчезает? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
12.10. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых оловянная пластинка была бы катодом, а в другом анодом. Напишите для каждого из этих элементов уравнения электродных (катодных и анодных) процессов и токообразующих реакций.
12.11. Составьте схему гальванического элемента, в основе работы которого лежит реакция: Ni + Pb(NO3)2 = Ni(NO3)2 + Pb. Напишите уравнения электродных (катодных и анодных) процессов. Вычислите ЭДС этого элемента, если СNi2+ = 0,01 моль/л, а СPb2+ = 0,0001 моль/л. (Ответ: 0,065 В).
12.12. Вычислите электродный потенциал цинка в растворе ZnCl2, в котором концентрация Zn2+ составляет 0,1 моль/л. Как изменится значение потенциала при разбавлении раствора в 100 раз? (Ответ: –0,79 В; –0,85 В).
12.13. Составьте схему гальванического элемента, электродами в котором служат пластинки из олова и меди. Исходя из величин стандартных электродных потенциалов, рассчитайте значения Е0 и DG0. Определите направление протекания токообразующей реакции. (Ответ: 0,473 В; –91,3 кДж).
12.14. Составьте схему гальванического элемента, образованного железом и свинцом, погруженными в растворы их солей с концентрациями ионов металлов 0,01 моль/л. Рассчитайте ЭДС. (Ответ: 0,314 В).
12.15. Исходя из величин стандартных электродных потенциалов, рассчитайте значения ЭДС и DG0 и определите, будет ли работать гальванический элемент, в котором на электродах протекают реакции:
Hg0 – 2ē = Hg2+
Pb2+ + 2ē = Pb0
(Ответ: –0,98 В; +189,1 кДж).
12.16. Исходя из величин стандартных электродных потенциалов, рассчитайте значения ЭДС и DG0 и сделайте вывод о возможности протекания реакции в прямом направлении: Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2Ag. (Ответ: 0,462 В; –89,2 кДж).
12.17. Как изменится масса хромовой пластинки после нахождения в растворах солей: а) CuSO4; б) MgCl2; в) AgNO3; д) CaCl2? Ответ обоснуйте.
12.18. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых цинк – отрицательный электрод, а в другом – положительный. Приведите уравнения токообразующих реакций и электродных процессов.
12.19. Электродные потенциалы железа и серебра соответственно равны –0,44 и +0,799 В. Какая реакция самопроизвольно протекает в железо-серебряном гальваническом элементе?
Fe0 + 2Ag+ = Fe2+ + 2Ag0 или 2Ag0 + Fe2+ = Fe0 + 2Ag+
Ответ обоснуйте, рассчитав энергию Гиббса каждой из приведенных реакций.
12.20. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, опущенного в чистую воду, и оловянного электрода, опущенного в раствор с концентрацией ионов олова(II) 1 моль/л. (Ответ: 0,16 В).