Многовариантное задание № 2

Уравняйте одну из окислительно-восстановительных реакций, используя метод ионно-электронных уравнений. Пользуясь таблицей стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, вычислите ЭДС и G реакции, а также укажите направление протекания данной ОВР:

1. CuS + H₂O₂ + HCl = CuCl₂ + S + H₂O

2. HIO₃ + H₂O₂ = I₂ + O₂ + H₂O

3. I₂ + H₂O₂ = HIO₃ + H₂O

4. Cr₂(SO₄)₃ + Br₂ + NaOH = Na₂CrO₄ + NaBr + Na₂SO₄ + H₂O

5. H₂S + Cl₂ + H₂O = H₂SO₄ + HCl

6. I₂ + NaOH = NaI + NaIO + H₂O

7. Na₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ + Na₂SO₃ = Cr₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + H₂O

8. H₂S + SO₂ = S + H₂O

9. I₂ + NaOH = NaI + NaIO₃ + H₂O

10. MnCO₃ + KClO₃ = MnO₂ + KCl + CO₂

11. Na₂S + O₂ + H₂O = S + NaOH

12. PbO₂ + HNO₃ + H₂O₂ = Pb(NO₃)₂ + O₂ + H₂O

13. P + H₂O + AgNO₃ = H₃PO₄ + Ag + HNO₃

14. P + HNO₃ = H₃PO₄ + NO₂ + H₂O

15. HNO₂ + H₂O₂ = HNO₃ + H₂O

16. Bi(NO₃)₃ + NaClO + NaOH = NaBiO₃ + NaNO₃ + NaCl + H₂O

17. KMnO₄ + HBr + H₂SO₄ = MnSO₄ + HBrO + K₂SO₄ + H₂O

18. H₂SO₃+ H₂S = S + SO₂ + H₂O

19. NaCrO₂ + PbO₂ + NaOH = Na₂CrO₄ + Na₂PbO₂ + H₂O

20. NaSeO₃ + KNO₃ = Na₂SeO₄ + KNO₂

21. KMnO₄ + KOH = K₂MnO₄ + O₂ + H₂O

22. Pb + NaOH + H₂O = Na₂ [Pb (OH)₄] + H₂

23. PbO₂ + HNO₃ + Mn (NO₃)₂ = Pb (NO₃)₂ + HMnO₄ + H₂O

24. MnO₂ K +₂SO₄ + KOH = KMnO₄ + K₂SO₃+ H₂O

25. NO + H₂O + HClO = HNO₃ + HCl

26. NO + H₂SO₄ + CrO₃ = HNO₃ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂O

27. MnCl₂ + KBrO₃ + KOH = MnO₂ + KBr + KCl + H₂O

28. Cl₂ + KOH = KClO + KCl + H₂O

29. CrCl₃ + NaClO + NaOH = Na₂CrO₄ + NaCl + H₂O

30. H₃PO₄ + HI = H₃PO₃ + I₂ + H₂O

Гальванические элементы

Процессы превращения энергии химической реакции в электрическую лежат в основе работы химических источников тока (ХИТ). К ХИТ относятся гальванические элементы, аккумуляторы и топливные элементы.

Гальваническим элементом называют устройство для прямого преобразования энергии химической реакции в электрическую, в котором реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав элемента и расходуются в процессе его работы. После расхода реагентов элемент не может больше работать, то есть это – ХИТ одноразового действия.

Если окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе его работы подаются к электродам, которые не расходуются, то такой элемент может работать длительное время и называется топливным элементом.

В основе работы аккумуляторов лежат обратимые ОВР. Под действием внешнего источника тока ОВР протекает в обратном направлении, при этом устройство накапливает (аккумулирует) химическую энергию. Этот процесс называется зарядом аккумулятора. Затем аккумулятор может превратить накопленную химическую энергию в электрическую (процесс разряда аккумулятора). Процессы заряда и разряда аккумулятора осуществляются многократно, то есть это – ХИТ многоразового действия.

Гальванический элемент состоит их двух полуэлементов (окислительно-восстановительных систем), соединенных между собой металлическим проводником. Полуэлемент (иначе электрод) чаще всего представляет собой металл, помещенный в раствор, содержащий ионы, способные восстанавливаться или окисляться. Каждый электрод характеризуется определенным значением условного электродного потенциала Е, который в стандартных условиях определяется экспериментально относительно потенциала стандартного водородного электрода (СВЭ).

СВЭ – это газовый электрод, который состоит из платины, контактирующей с газообразным водородом (Р = 1 атм) и раствором, в котором активность ионов водорода а = 1 моль/дм³. Равновесие в водородном электроде отражается уравнением

Н⁺ +  ½ Н₂

Абсолютное значение потенциала СВЭ неизвестно, но условно его считают равным нулю (Е = 0 В).

Потенциалы электродов рассчитывают по уравнению Нернста, которое при температуре 298 К имеет вид:

1) для металлических электродов I рода, то есть когда металл Ме погружен в раствор, содержащий ионы данного металла Меⁿ⁺ :

, (4)

где Е - стандартный электродный потенциал металла, В; а - активность ионов металла в растворе, моль/дм³.

Значения стандартных электродных потенциалов практически для всех металлов определены экспериментально и содержатся в справочной литературе, кроме того Е для некоторых металлических систем приведены в табл. 2 приложения.

При расчетах потенциалов металлических электродов активность ионов металла можно считать приблизительно равной их молярной концентрации а  [Меⁿ⁺];

2) для водородного электрода

.

Если давление водорода считать равным 1 атм, то уравнение Нернста примет вид

, (5)

где рН – водородный показатель воды.

В гальваническом элементе электрод, имеющий меньшее значение потенциала, называется анодом и обозначается знаком «–». На аноде идет окисление частиц восстановителя. Электрод, обладающий большим потенциалом, называется катодом и обозначается знаком «+». На катоде происходит восстановление частиц окислителя. Переход электронов с восстановителя на окислитель происходит по металлическому проводнику, который называют внешней цепью. ОВР, лежащая в основе работы гальванического элемента, называется токообразующей реакцией.

Основной характеристикой работы элемента является его ЭДС Е, которая вычисляется как разность между потенциалами катода и анода

Е = Е_катод – Е_анод . (6)

Поскольку потенциал катода всегда больше потенциала анода, то из формулы (6) следует, что в работающем гальваническом элементе Е > 0.

Гальванические элементы принято записывать в виде схем, в которых одна вертикальная линия изображает границу раздела фаз (металл – раствор), а две вертикальные линии – границу между двумя растворами. На практике электрический контакт между растворами обеспечивается с помощью солевого мостика – U-образной трубки с раствором электролита.

Пример 1. Определите потенциал никелевого электрода, если концентрация ионов Ni²⁺ в растворе составляет 0,02 н.

Р е ш е н и е

Определяем молярную концентрацию ионов никеля в растворе:

[Ni²⁺] = моль/дм³ ,

где z = 2 – число эквивалентности ионов Ni²⁺.

Из табл. 2 приложения выбираем Е = - 0,250 В. По формуле (4) вычисляем потенциал никелевого электрода

В.

Пример 2. Определите концентрацию ионов ОН^- в растворе, если потенциал водородного электрода, помещенного в данный раствор, равен ‑0,786 В.

Р е ш е н и е

Из формулы (5) определяем рН раствора:

.

Тогда гидроксильный показатель воды равен

РОН = 14 – рН = 14 – 13,32 = 0,68.

Отсюда концентрация ионов ОН^– равна

моль/дм³.

Пример 3. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, составленного из свинцового и медного электродов, погруженных в растворы с концентрациями ионов Pb²⁺ и Cu²⁺, равными 0,1 М и 0,05 М соответственно.

Р е ш е н и е

Из табл. 2 приложения выбираем Е⁰ данных металлов и по формуле (5) вычисляем их потенциалы:

В;

В.

Потенциал медного электрода больше потенциала свинцового электрода, значит, Pb – анод, а Cu – катод. Следовательно, в элементе протекают процессы:

на аноде: Pb – 2  Pb²⁺;

на катоде: Cu²⁺ + 2  Cu ;

токообразующая реакция: Pb + Cu²⁺ = Pb²⁺ + Cu;

схема элемента: (-) PbPb²⁺Cu²⁺Cu (+).

По формуле (6) определяем ЭДС данного гальванического элемента:

Е = 0,298 – (-0,156) = 0,454 В.