1.7. Задачи для самостоятельной работы

Задачи 1 - 7. Вычислите электродный потенциал металла ( ), находящегося в растворе соли данного металла с заданной концентрацией (моль/л). На какую величину увеличится или уменьшится этот потенциал, если увеличить концентрацию раствора соли в 10 раз? Как это отразится на активности металла как восстановителя? Как при этом изменяется окислительная активность ионов металла?

Задача №	Металл	Соль в растворе	Концентрация соли, моль/л
1	Mn	MnCl2	0,01
2	Zn	ZnSO4	0,1
3	Ni	Ni(NO3)2	0,001
4	Cr	Cr2(SO4)2	0,05
5	Cu	CuSO4	0,01
6	Fe	FeSO4	0,1
7	Ag	AgNO3	0,001

Задачи 8 - 11. Вычислите потенциал газового электрода при температуре 25^о С, парциальном давлении газа 1 атм и заданной концентрации ионов водорода [H⁺] в растворе (моль/л). Как и на какую величину изменится потенциал этого электрода при уменьшении концентрации ионов водорода в 10 раз? Какие металлы могут подвергаться коррозии (окисляться) при соответствующих рН в отсутствие и в присутствии кислорода ?

Задача №	[H+], моль/л	Электрод
8	10-1	Кислородный
9	10-7	Кислородный
10	10-3	Водородный
11	10-7	Водородный

Задачи 12 – 15. Имеются два металла (Ме₁ и Ме₂), каждый из которых находится в растворе соли, содержащем собственные ионы (Ме₁/Ме₁ⁿ⁺, Ме₂/Ме₂ⁿ⁺), при стандартных условиях. Каковы значения их потенциалов? Вычислите, какой должна быть концентрация ионов металла [Ме₁ⁿ⁺], чтобы электродный потенциал первого металла стал равен стандартному электродному потенциалу второго металла .

№ задачи	Электрод 1 Ме1/Ме1n+	Электрод 2 Ме2/Ме2n+
12	Sn / Sn2+	Ni / Ni2+
13	Au / Au+	Au / Au3+
14	Cd / Cd2+	Fe / Fe2+
15	Fe / Fe3+	Pb / Pb2+

Задачи 16 - 21. Напишите уравнения электродных реакций, протекающих в процессе работы данного гальванического элемента, вычислите его максимальную электродвижущую силу и укажите направление движения электронов во внешней цепи.

16. Sn/Sn²⁺ (0,01моль/л) II (0,1моль/л) Cu²⁺/ Cu

17. Cu/Cu²⁺ (1 моль/л) II (0,01моль/л) Cu²⁺/Cu

18. Cr/Cr³⁺ (0,1 моль/л) II (0,01 моль/л) 2H⁺/H₂ (Pt)

19. Al/Al³⁺ (0,001 моль/л) II (0,1 моль/л) Ag⁺/Ag

20. Ni/Ni²⁺ (0,01 моль/л) II ( 0,01 моль/л) Hg²⁺/Hg

21. Au/Au³⁺ (1 моль/л) II ( 0,1 моль/л) 2H⁺/H₂ (Pt)

Задачи 22 – 26. Какие окислительно-восстановительные процессы протекают на электродах данных гальванических элементов? На основании стандартных электродных потенциалов выберите гальванический элемент с наибольшей электродвижущей силой и рассчитайте ее величину.

22. Cu/Cu(NO₃)₂ II Pb(NO₃)₂/Pb; Cr/CrCl₃ II CuCl₂/Cu.

23. Cu/Cu(NO₃)₂ II AlCl₃/Al; Au/Au³⁺ II H₂SO₄ /H₂ (Pt).

24. Cr/CrCl₃ II CuCl₂/Cu ; Cr/CrCl₃ II HCl /H₂ (Pt).

25. Zn/Zn(NO₃)₂ II AgNO₃/Ag ; Zn/Zn(NO₃)₂ II Cu(NO₃)₂/Cu.

26. Pb/Pb(NO₃)₂ II AgNO₃/Ag ; Ni/NiCl₂ II HgCl₂ /Hg.

Задачи 27 - 30. Какие окислительно-восстановительные процессы протекают на электродах предложенных гальванических элементов? Какой из них является поляризующимся?

27. Zn/H₂SO₄ II CuSO₄/Cu ; Zn/ZnSO₄ II CuSO₄/Cu;

Zn/ZnSO₄ II H₂O / Cu.

28. Ni/NiSO₄ II CuSO₄/Cu ; Ni / H₂SO₄ II CuSO₄/Cu ;

Ni/NiSO₄ II H₂SO₄/Cu.

29. Ni/NiCl₂ II HCl /Н₂(Pt) ; Ni/HCl II H₂SO₄/Cu ;

Ag/AgNO₃ // H₂SO₄ /H₂ (Pt).

30. Fe/FeCl₂ II CuCl₂/Cu ; Fe/HCl II CuCl₂/Cu ;

Fe/FeCl₂ II HCl/Cu.

Задачи 31 – 40. Какие окислительно-восстановительные процессы происходят при контакте железного (Fе) изделия с другими металлами? Какой металл при этом окисляется? Составьте схемы работы гальванических элементов, образующихся при коррозии металлов в данных условиях.

№ задачи	Металлы, контактирующие с Fe- изделием	Среда
31	Zn, Cr	раствор H2SO4
32	Zn, Cu	влажная чистая атмосфера, (Н2О + О2), рН = 5.5
33	Ni, Cr	влажная промышленная атмосфера (О2 + Н+) и примеси газов SO2, HCl, SO3, рН ≈ 3.0
34	Sn, Al	пресная вода
35	Ag, Cr	водная среда с pН <7 (отсутствие кислорода)
36	Co, Mg	влажная чистая атмосфера
37	Zn, Sn	морская вода
38	Cd, Ni	раствор электролита (рН > 7)
39	Mg, Sn	влажная промышленная атмосфера (H2O + О2 и примеси SO2, HCl, SO3 )
40	Pb, Cd	влажная чистая атмосфера

Задачи 41 - 45. Железо имеет покрытие из другого металла. Какой из металлов (железо или покрытие) будет корродировать в случае повреждения поверхностного слоя покрытия? Укажите, какое покрытие для железа является анодным и какое — катодным? Составьте схемы процессов, происходящих на электродах образующихся гальванических элементов в указанных средах.

№ Задачи	Металл покрытия	Среда
41	Cu, Mg	пресная вода
42	Zn, Sn	морская вода (Cl-)
43	Sn, Al	кислая среда
44	Ag, Zn	влажная атмосфера (Н2О + О2)
45	Ni, Ag	влажная промышленная атмосфера (H2O, SO2, HCl, CO2 )

Задачи 46 - 50. Металл склепан с другим металлом. Какой из металлов будет подвергаться электрохимической коррозии? Составьте схему гальванического элемента при погружении этой пары металлов в указанную среду. Рассчитайте ЭДС данного гальванического элемента с учетом того, что электродный потенциал катода зависит от рН среды (уравнения 1.8 и 1.10).

№ Задачи	Ме1 / Ме2	Среда
46	Al / Cu	чистая влажная атмосфера, рН=5.5
47	Al / Cu	кислый водный раствор c рН=4 (предполагается отсутствие О2)
48	Sn / Fe	влажная промышленная атмосфера (H2O, SO2, HCl, CO2 ), рН=3
49	Sn / Fe	чистая влажная атмосфера, рН=5.5
50	Cu / Zn	морская вода, рН=7

Задачи 51 – 54. Предложите и обоснуйте пример металла, который может служить протектором для защиты изделия от коррозии в водной среде и в контакте с воздухом. Напишите уравнения электродных процессов и схемы образующихся гальванических элементов.

№ задачи	Изделие	№ задачи	Изделие
51	Fe	53	Zn
52	Sn	54	Ni

Задачи 55 – 58. Рассмотрите коррозию изделия, погруженного в электролит, содержащий кислоту. Приведите уравнения электродных процессов и схемы образующихся микрогальванических элементов.

№ задачи	Изделие	№ задачи	Изделие
55	оловянистая бронза (Cu / 8-10% Sn)	57	Cплав Sn / Ag
56	Сплав Ni / Сu	58	луженое железо (Fe / Sn)

Задачи 59 – 60. Рассмотрите коррозию изделия в чистой влажной атмосфере (рН=5.5). Приведите уравнения протекающих электродных процессов и схемы образующихся коррозионных микрогальванических элементов. Начнет ли окисляться в этой атмосфере второй металл и когда, если это возможно? Ответ подтвердите расчетом.

№ задачи	Изделие	№ задачи	Изделие
59	Латунь (сплав Cu / Zn)	60	алюминиевая бронза (Cu / Al)

Варианты задач

№ варианта	№ задачи
1	1	16	31	60
2	2	17	32	59
3	3	18	33	58
4	4	19	34	57
5	5	20	35	56
6	6	21	36	55
7	7	22	37	54
8	8	23	38	53
9	9	24	39	52
10	10	25	40	51
11	11	26	41	50
12	12	27	42	49
13	13	28	43	48
14	14	29	44	47
15	15	30	45	46

Задачи повышенной сложности

Гальванические элементы состоят из двух металлических электродов (М₁ и М₂ ) в растворах электролита. Если в таблице (в скобках) не указана концентрация потенциалопределяющих ионов (ионов металла, ионов водорода или значение рН раствора кислоты), то она принимается стандартной (1 моль/л), как и парциальное давление газа в водородном электроде (1 атм). Рассчитайте, при каких равновесных концентрациях ионов в анодном и катодном пространстве (при одинаковом их объеме) произойдет разрядка данного гальванического элемента?

№ задачи	Электрод 1		Электрод 2
	М1	Электролит в растворе	М2	Электролит в растворе
1	Ni	NiSO4	Sn	SnCl2
2	Ag	AgNO3	Hg	HgCl2
3	Co	CoCl2	Ni	NiCl2
4	Fe	FeSO4	Cd	Cd(NO3)2
5	Zn	ZnSO4	Cr	Cr2(SO4)3
6	Cu	CuSO4 (0.001 моль/л)	Сu	CuSO4
7	Ni	NiSO4 (104 моль/л)	Ni	NiSO4
8	Pb	Pb(NO3)2	Cu	H2SO4
9	Ni	NiSO4	Cu	H2SO4 (pH=2.5)
10	Sn	SnCl2	Ag	H2SO4 (pH=1)
11	H2 (Pt)	H2SO4 (pH=2)	Cu	H2SO4
12	H2 (Pt)	H2SO4 (pH=3)	Ag	H2SO4 (pH=1)
13	Н2 (Pt)	NaOH (pH=14)	Zn	ZnSO4
14	H2 (Pt)	NaOH (pH=14)	Cr	Cr2(SO4)3
15	H2 (Pt)	KOH (pH=9)	Fe	FeSO4