Задачі для самостійного рішення.

43.Визначте електродний потенціал цинку, зануреного в розчин його солі з концентрацією іонів Zn²⁺ 0,01 моль/л.

44. Виходячи із значень стандартних електродних потенціалів і ∆G^0, вкажіть, чи можна в гальванічному елементі здійснити пряму реакцію (1), або зворотню (2):

Fe + Cd²⁺ Fe²⁺ + Cd ?

45. Визначте ЕРС гальванічного ланцюга:

Fe | 0,1M FeSO₄ || 0,01 н NaOH | H₂, Pt ,

якщо ступені електролітичної дисоціації FeSO₄ и NaOH відповідно рівні 60 і 100%.

46. Обчисліть ЕРС гальванічного ланцюга:

Pt, Н₂ | 0,008н.NaОН || 0,006н. НС1 | Н₂, Pt,

якщо коефіцієнти активності іонів дорівнюють: f_н+ = 0,944; f_он^- = 0,916. Ступінь дисоціації наведених електролітів прийняти рівною 90 %.

47. Як зміниться ЕРС при роботі гальванічного елемента

(—)2Cr|2Cr³⁺ |10 ^-4н.НС1| (Pt)(3H₂ |6H ⁺(+),

якщо в процесі роботи концентрація іонів Cr³⁺ змінюється від 0,003 до 0,1 моль/л. Перенапруга ŋ водню на платині дорівнює 0,09 В. Чому дорівнює концентраційна поляризація анода?

48. Яка маса технічного заліза, що містить 18 % домішок, потрібно для витіснення з розчину сульфату ніколю (ІІ) 7,42 г ніколю?

49. В розчин нітрату срібла занурена мідна пластинка масою 28 г. По закінченні реакції пластинка була вийнята з розчину, обмита, висушена і зважена. Маса її виявилася 32,52 г. Яка маса AgNO₃ була в розчині?

50. Складіть схеми двох гальванічних елементів, в одному з яких цинк - негативний електрод, а в іншому - позитивний.

51. Визначте значення електродного потенціалу міді, зануреної в 0,0005 н. Cu(NO₃)₂.

52. Електродний потенціал цинку, зануреного в 0,2 н. ZnSO₄, дорівнює 0,80 В. Визначте ступінь дисоціації ZnSO₄ в розчині зазначеної концентрації.

53. Обчисліть потенціал гідрогенного електрода, якщо c _h+ в розчині дорівнює 3,8 ∙ 10^-5 моль/л.

54. Обчисліть потенціал залізного електрода, зануреного в розчин, який містить 0,0699 г FeCl₂ в 0,5 л розчину.

55. Потенціал гідрогенного електрода дорівнює — 0,145 В. Визначте рН розчину і активність іонів гідрогену в розчині. Коефіцієнт активності іона H⁺ дорівнює 0,975.

56. Що є окислювачем і відновником у гальванічному елементі, складеному з олова і срібла, які занурені в нормальні розчини їхніх солей? Складіть схему відповідного гальванічного елемента. Виходячи з величин стандартних електродних потенціалів і значення ∆G⁰, укажіть, чи можна здійснити дану реакцію в гальванічному елементі?

57.Якими повинні бути схеми гальванічних елементів, щоб в них протікали реакції:

а) Cd + CuS0₄ = CdSO₄+Cu;

б) 2Аu ³⁺ + ЗН₂ = 2Аu + 6Н ⁺;

в) Zn + 2Fe³⁺= Zn²⁺ + 2Fe²⁺ ?

58. Складіть схему гальванічного елемента, утвореного залізом і свинцем, зануреними в 0,005 M розчини їхніх солей. Розрахуйте ЕРС цього елемента і зміну величини енергії Гібса.

59. Обчисліть ЕРС і зміну енергії Гібса для гальванічного елемента, утвореного магнієм і цинком, зануреними в розчини їхніх солей з концентраціями іонів (моль/л): C _Mg²⁺ = 1,8 10 ^-5, C _Zn²⁺ = 2,5 10 ^-2. Порівняйте ЕРС гальванічного елемента, утвореного стандартними електродами тих же металів.

60. Які процеси відбуваються на електродах мідного концентраційного гальванічного елемента, якщо в одного з електродів C_Cu²⁺ = 1 моль/л, а у другого — 10 ^-3 моль/л? В якому напрямку рухаються електрони в зовнішньому ланцюзі? Відповідь дайте виходячи з величини ЕРС і ∆G⁰ цього ланцюга.

61. ЕРС гальванічного елемента, утвореного ніколем, зануреним в розчин його солі з концентрацією іонів Ni²⁺ 10 ^-4 моль/л, і сріблом, зануреним у розчин його солі, дорівнює 1,108 В. Визначте концентрацію іонів Ag⁺ в розчині його солі.

62. Гальванічний ланцюг утворений залізом, зануреним в розчин його солі з концентрацією іонів Fe²⁺_, рівною 0,001 моль/л, і міддю, зануреною в розчин її солі. Яка концентрація повинна бути розчину солі міді, щоб ЕРС ланцюга стала рівною нулю?

63. Виходячи із значень стандартних електродних потенціалів, розрахуйте значення ∆G⁰ реакцій при 298 К:

а) Zn + H₂SO₄=ZnSO₄+H₂;

б) Cu + 2Ag⁺=Cu²⁺+ 2Ag.

64. Концентраційний гальванічний ланцюг складений магнієвими електродами, зануреними в розчини MgSO₄ різної концентрації:

Mg |2M MgSO₄ || Mg |0,001 н. MgSO₄.

Ступінь дисоціації в 0,001 н. MgSO₄ рівна 87 %. Визначте ступінь електролітичної дисоціації MgSO₄ в 2М розчині, якщо ЕРС ланцюга дорівнює 0,103 В.

65.Складено концентраційний гальванічний ланцюг:

Pt, Н₂ | 0,001 н. HCOOH || 1 н. СН₃СООН | Н₂, Pt.

Константи дисоціації кислот дорівнюють: K _HCOOH = 1,77∙ 10^-4; KCH₃COOH = 1,75∙ 10 ^-5. Визначте ЕРС ланцюга.

66. Обчисліть ЕРС гальванічного елемента, утвореного срібним електродом, зануреним у 0,01 M AgNO₃ , і гідрогенним електродом, зануреним у 0,02 н.H₂SO₄, якщо f (Ag⁺)=0,924, f ( H⁺) =0,88. Визначте ∆G⁰ даного ланцюга. Напишіть рівняння електродних процесів : a _AgNО3= 0,93; a H₂SO₄ = 0,58.

67. Складено гальванічний концентраційний ланцюг:

( -)Pt, H₂ | НСl 0,05 н. (a=92%) || HCl x н. (a = 88%) | H₂, Pt( + ).

Коефіцієнти активності іона H⁺ в розчинах хлоридної кислоти відповідно дорівнюють: 0,880 і 0,830. Визначте молярну концентрацію еквівалента і рН розчину HCl при позитивному електроді, якщо ЕРС цього гальванічного елемента дорівнює 0,03 В.

68. ЕРС гальванічного ланцюга

(-) Ag |AgNO₃ 0,005 н. (а = 98 %)|| Ag | х н. (а = 85 %) AgNO₃ ( + )

дорівнює 0,085 В. Визначте концентрацію електроліту при позитивному електроді, якщо коефіцієнти активності іона Ag⁺ в розчинах AgNO₃ при негативному і позитивному електродах відповідно дорівнюють: 0,945 і 0,750.

69. Виходячи з величин стандартних окислювально-відновних потенціалів і значення ∆G⁰ , визначте, чи буде працювати гальванічний елемент, в якому на електродах протікають процеси:

а) Hg - 2e^- = Hg²⁺;

б) РbО₂ + 4Н⁺ + 2е^- = Рb²⁺ + 2Н₂О.

70. Чи буде працювати гальванічний елемент, що складається з гідрогенних електродів, занурених у 1 н. і 0,1 н. розчини КОН при 25 ⁰C, якщо ступінь дисоціації розчинів KOH відповідно дорівнює 77 і 91 %?

71. Визначте ЕРС гальванічного ланцюга

Zn/ZnSO₄ 0,01M ( а =66 %) || H₂SO₄ (pH =2)/H_2i Pt .

Коефіцієнти активності іонів дорівнюють: f (Zn²⁺)=0,749, f(H ⁺)=0,903.

72. Визначте, як зміниться ЕРС гальванічного елемента

(—) Al/Al³⁺ || Сг/Сг³⁺(+)

при його роботі внаслідок концентраційної поляризації на електродах. Концентра-ція іонів Al ³⁺ збільшилася з 10^-2 до 5  10^-1 моль/л, а концентрація іонів Cr³⁺ зменшилася з 10^-2 до 2,5 10 ^-4моль/л. Чому дорівнює концентраційна поляризація електродів?

73.Концентраційна поляризація цинкового електрода в гальванічному елементі

(—)Zn/Zn²⁺ | HCl (0,00l н., а = 100 %) | (Сu)Н₂/2Н ⁺ (+)

дорівнює 0,1 В. Якою стала концентрація іонів Zn²⁺ в розчині, якщо початкова концентрація іонів Zn ²⁺ становила 2,1  10 ^-3 моль/л? Чому дорівнює ЕРС елемента з урахуванням концентраційної поляризації і перенапруги гідрогену на міді, рівної 0,36 В?

74.Визначте, чому дорівнює концентраційна поляризація свинцевого і мідного електродів гальванічного елемента

(-)Рb/Рb²⁺ || Cu/Cu²⁺(+),

якщо початкові концентрації були рівні (моль/л): C(Pb²⁺) = 1,2; C (Cu ²⁺)=5,2 10 ^-2, а в процесі роботи гальванічного елемента концентрації змінилися (моль/л): C(Pb²⁺) = 1,8; С( Cu²⁺) = 4,2  10^-3.

75. Концентраційна поляризація срібного електрода гальванічного елемента

( -)Zn/Zn²⁺ || 2Ag/2Ag⁺(+)

дорівнює 0,08 В. Визначте початкову концентрацію іонів срібла, якщо до кінця роботи елемента концентрація іонів Ag⁺ стала рівною 0,22 моль/л. Визначте ЕРС гальванічного елемента в початковий момент, якщо C(Zn²⁺) дорівнювала 10^-3 моль/л.

76. Хром знаходиться в контакті з міддю. Який з металів буде окислюватись під час корозії, якщо ця пара металів потрапить в кисле середовище (HCl)? Дайте схему гальванічного елемента, що утворився при цьому.

77. При порушенні цілісності поверхневого шару мідного покриття на хромі буде корозія внаслідок роботи гальванопари:

(- ) 2A1/2А1 ³⁺ | H₂SO₄ | (Сu)ЗН₂/6Н⁺ (+).

За 45 с роботи цієї гальванопари на катоді виділилося 0,09 л гідрогену (н.у. ). Яка маса хрому розчинилася за цей час і яку силу струму дає ця гальванопара?

78. Виходячи з величини ∆G⁰, визначте, які з наведених нижче металів будуть корозувати у вологому повітрі по рівнянню:

Me+ H₂O +O₂  Me(OH)₂; (Me : Mg, Cu, Au).

79. Які метали (Fe, Ag, Ca) будуть руйнуватися в атмосфері вологого повітря, насиченого оксидом карбону (IV)? Відповідь дайте на підставі обчислення ∆G⁰ відповідних процесів.

80. Алюміній з^,єднаний з міддю. Який з металів буде піддаватися корозії, якщо ці метали потраплять в кисле середовище? Складіть схему гальванічного елемента, що утворюється при цьому. Підрахуйте ЕРС і ∆G⁰ цього елемента для стандартних умов.

81. Залізо покрите ніколем. Який з металів буде піддаватися корозії у випадку

руйнування поверхні покриття? Корозія відбувається в кислому середовищі. Складіть схему гальванічного елемента, що утворюється при цьому.

82. Олово спаяне зі сріблом. Який з металів буде окислюватися при корозії, якщо ця пара металів потрапить в лужне середовище? Відповідь дайте на підставі обчислення ЕРС і ∆G⁰ гальванічного елемента, що утворюється.

83. Залізо покрите хромом. Який з металів буде піддаватися корозії у випадку по-рушення поверхневого шару покриття в атмосфері промислового району (вологе повітря містить CO₂, H₂S, SO₂ та ін.)? Складіть схему процесів, що відбуваються на електродах гальванічного елемента, що утворився.

84. При роботі гальванічного елемента, який утворився під час корозії алюмінію, що знаходиться в контакті з хромом, за 1 хв 20 с його роботи на хромовому катоді відновилося 0,034 л оксигену:

(—) 4А1|4А1³⁺ | H₂O, O₂ | (Cr) 12 OH ^-|6H₂O, 3O₂ ( + ).

Визначте, на скільки зменшилася при цьому маса алюмінієвого електрода і чому дорівнює сила струму, що проходить в зовнішньому ланцюзі гальванічного елемента.

85. Гальванічний елемент

(—) 2Сг|2Сг³⁺ | H₂SO₄ | (РЬ)ЗН2|6Н⁺ (+),

який утворився при корозії хрому, спаяного із свинцем, дає струм силою 6 А. Яка маса хрому окислиться і скільки літрів гідрогену виділиться за 55 с роботи цього елемента?

86.Мідь покрита оловом. При порушенні олов'яного покриття утворюється гальванічний елемент

(—) Sn|Sn²⁺ | HCl | (Cu) Н ₂|2Н⁺ (+),

який дає струм силою 7,5 А. Яка маса олова розчиниться і скільки літрів гідрогену виділиться на мідному катоді за 25 хв?

87.При роботі гальванопари:

(—)2Fe|2Fe ²⁺|H₂O, O_2| |(С) 4OH ^-|2H₂O, О₂(+)

за 1,5 хв утворилося 0,125 г Fe(OH)₂. Обчисліть об ^,єм оксигену, витрачений на одержання Fe(OH)₂. Яка кількість електрики пройшла по зовнішньому ланцюзі гальванічного елемента за цей час?

88. При порушенні поверхневого шару цинкового покриття на залізі йде про- цес корозії внаслідок роботи гальванопари

(-) Zn/Zn ²⁺ | H₂SO₄ | (Fe) Н₂/2Н⁺ (+).

За 48 с роботи цієї гальванопари через зовнішній ланцюг пройшло 550 Кл електрики. Яка маса Zn розчинилася при цьому і який об ^,єм гідрогену виділився на залізному катоді?

89. При корозії заліза, покритого кадмієм, в кислому середовищі працює гальванічний елемент

(—) Fe/0,1 моль/л Fe²⁺ | 1 н. HCl |(Cd)H₂/2H⁺ (+).

Визначте, як зміниться ЕРС гальванічного елемента через концентраційну поляризацію залізного анода і перенапруги гідрогену ( ŋ =0,8 В), якщо концентрація іона Fe²⁺ зросла до 0,15 моль/л.

90. Нікол знаходиться в контакті з золотом у вологому повітрі, насиченому сірководнем. Корозія ніколю відбувається внаслідок роботи гальванопари:

(—) Ni/Ni²⁺ | H₂O; 0,1M (а = 0,07 %) H₂S | (Аu)Н₂,/2Н⁺ (+).

ЕРС цього гальванічного елемента дорівнює 0,285 В. Визначте, як зміниться ЕРС гальванічного елемента при його роботі, якщо концентрація іонів Ni²⁺ зросте до 0,25 моль/л, а перенапруга виділення гідрогену на золоті дорівнює

0, 15 В.

91. Який метал буде окислюватися при порушенні поверхні, якщо один метал покритий іншим:

а) цинк - міддю; б) залізо - кадмієм; в) залізо -оловом; г) мідь - алюмінієм; д) алюміній- сріблом; е) мідь-золотом; ж) мідь-ніколем; з) нікол- міддю? Приведіть відповідні рівняння.

92. З’єднано два метали. Вкажіть, який з металів буде піддаватися корозії:

a) Zn-Fe; б) Сu-Cd; в) Al-Fe; г) Fe-Gd; д) Zn-Ag; e) Аu -Fe;

ж) Мn-Al; з) Zn- Mn; і) Pb-Sn; к) Sn-Zn. Приведіть відповідні рівняння.

93. Обґрунтувати розрахунком, який з видів деполяризації (гідрогенна чи оксигенна) визначає процес електрохімічної корозії у вологому повітрі наступних металів:

a) Ag; б) Сu; в) Рb; г) Hg; д) Zn; e) Mg; ж) Са; з) Cd.

94.Чому при гідрогенній деполяризації процесу корозії перемішування електроліту не прискорює корозію, а при оксигенній деполяризації перемішування і аерація розчину сприяють корозії?

95. Вказати, який тип корозійних процесів - хімічний або електрохімічний - можливий при контакті зазначених фаз: а) цинк -сухе повітря; б) цинк -хлоридна кислота; в) золото - вологе повітря; г) золото- пари йоду; д) срібло - сірководень; е) титан - сірчана кислота; ж) кальцій - плавикова кислота; з) ртуть - розведена НNОз; і) натрій - вологе повітря; к) натрій - сухе повітря; л) залізо - концентрована H₂SO₄ ;м) залізо -розведена H₂SO₄ ; н) залізо- розчин хлориду міді; о) залізо-.розчин хлориду заліза.

Нержавіюча сталь реактора для магнійтермічного одержання титану при 900°С: TiCl₄(r)+2Mg(к)=Тi(к)+2MgCl₂(р). Вкажіть тип корозії внутрішньої і зовнішньої поверхні стінки реактора.

96. Застосування свинцю і його сплавів з Sb, Sn, Ca для оболонок кабелів зу-мовлено високою пластичністю свинцю і корозійною стійкістю до впливу навколишнього середовища.

На корозію свинцевих кабелів впливають: а) оксиген у вологому середовищі; б) солі азотної кислоти в кислому середовищі; в) луги; г) оцтова кислота; д) солі кремнієвої і вугільної кислот; е) солі сірчаної кислоти. Поясніть хімізм впливу наведених реагентів. Приведіть відповідні рівняння.

97.Розрахуйте рівноважний потенціал оксигенного електрода при 25° С і в наведених умовах корозії з оксигенною деполяризацією:

Варіант . . . . . . а б в г д е ж з і к

рО₂,атм. . . . . . . 0,1 0,21 0,50 1,0 0,1 0,21 0,50 1,0 0,21 0,21

рН середовища . 7 0 7 0 7 7 0 14 10 14

98. Розрахуйте рівноважний потенціал гідрогенного електрода при 25° С і в наведених умовах корозії з гідрогенною деполяризацією:

Варіант. . . . . . . . а б в г д е ж з і к л

Р(Н₂₎, атм . . . . . 5 10^-7 5 10^-7 5 10^-7 5 10^-7 1 1 1 1 0,5 0,5 0,5 pH середовища 0 7 10 14 0 7 10 14 0 7 14

99. Розрахуйте точне значення потенціалу для Ag⁺/Ag-електрода в 1М розчині NaCl.

100. Розрахуйте точне значення потенціалу цинку в 0,01М розчині ZnCl₂.

101. Розрахуйте потенціал гідрогенного електрода в розчині з рН = 7 при парціальному тиску гідрогену 0,05 МПа і температурі 40 °С.

102. Напруга в ланцюзі, що складається з цинкового анода і гідрогенного

електрода (катода) в 0,5 М розчині ZnCl₂, дорівнює 0,590В. Яке значення рН розчину?

103. Розрахуйте теоретичне значення потенціалу цинку, що корозує

з виділенням гідрогену в 0,001М розчині ZnCl₂, підкисленим до рН = 2.

104. Розрахуйте теоретичне значення потенціалу ніколю, що корозує в де-аерованій воді з рН = 7. Передбачається, що корозія протікає з утворенням Н₂ і Ni(OH)₂ .

105. а) Розрахуйте ЕРС ланцюга, що складається з мідного і гідрогенного

(рН₂ = 0,2 МПа) електродів в розчині CuSO₄ (активність Cu²⁺ дорівнює 1) з

рН = 1.

б) Визначте полярність гальванопари; який електрод є анодом?

106. а) Визначте, чи буде мідь корозувати у деаерованому розчині CuSO₄

(рН =10) з утворенням Cu²⁺ (активність 0,1) та Н₂ (р = 0,1 МПа). Який її

по тенціал?

б) Те ж для міді в деаерованому розчині KCN (активність CN^- дорівнює 0,5) із рН = 10. Передбачається, що утвориться Cu(CN)₂ з активністю 10^-4.

Cu(CN)₂ + 2ё = 2CN^- + Сu; Е° = —0,446 В.

107. а) Розрахуйте ЕРС ланцюга

Pt (тв.) | Fе³⁺ (a _Fе3+ = 0,1), Fe²⁺ (а_Fe2+ = 0,01) ||‌‌‌‌ Ag⁺ (a_Ag+ = 0,01) | Ag (тв.)

б) Напишіть реакцію, що самовільно протікає в гальванопарі. Визначте

полярність гальванопари; який електрод є анодом?

108.а) Розрахуйте ЕРС концентраційного ланцюга, що складається з мідних

електродів в 0,1М і 0,5М розчинах CuSO₄.

б) Напишіть реакцію, що самовільно протікає в ланцюзі, і вкажіть, який електрод є анодом.

109. а) Розрахуйте ЕРС ланцюга (при 40 °С):

Pt (тв.) | О₂(г) | Н₂О | О₂(г) |Pt (тв.)

р = 0,1 МПа р=0,01 МПа

б) Яка полярність гальванопари і який електрод є анодом?

110.а) Розрахуйте ЕРС ланцюга, що складається з гідрогенного (рН₂ = 0.1 МПа) і оксигенного (р О₂ = 0,05 МПа) електродів в 0,5 М розчині NaOH.

б) Визначте полярність і електрод, що є анодом.

111. Визначте, чи буде срібло, занурене в 0,1 М розчин CuС1₂, піддаватися корозії з утворенням твердого AgCl. Який потенціал електрода?

112. Визначте, чи буде срібло піддаватися корозії з виділенням гідрогену в деаерованому розчині KCN із рН = 9 при активності CN^- = 1,0 і активності Ag(CN)₂ = 0,001.

113. Розрахуйте ЕРС ланцюга, що складається з залізного і свинцевого електродів, занурених в розчин, що містить іони Fe ²⁺ і Рb²⁺ з однаковою активністю. Який електрод буде корозувати в ланцюзі ?

114. Розрахуйте ЕРС ланцюга, що складається з залізного і свинцевого електродів в насиченому повітрям лужному розчині з рН =10. Який електрод буде корозувати ? (Вважати, що при корозії утвориться НРbO₂^- с активністю 0,1; залізо пасивне і його потенціал близький до потенціалу оксигенного електрода).

НРbO₂^- + Н₂О + 2е^- —> Рb + ЗОН^- ; E° = —0,54В.

115.Дано: О₂ + 2Н₂О + 4е^- —> 4 OH^- ; Е° = 0,401 В. Розрахуйте Е° для реакції О₂ + 4Н⁺ + 4е^- —> 2Н₂О.

116. Розрахуйте тиск гідрогену, необхідний для гальмування корозії заліза в 0,1 M розчині FeCl₂ з рН = 3.

Література [1,2,3].