Контрольная работа №4
1. Реакции выражаются схемами:
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
Ответ.
Электронные уравнения:
Баланс реакции:
Окончательный вид уравнения реакции:
Электронные уравнения:
Баланс реакции:
Окончательный вид уравнения реакции:
2. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите эдс медно-кадмиевого гальванического элемента, в котором моль/л, а моль/л.
Ответ.
Электродный потенциал металла (φ) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:
где
– стандартный электродный потенциал;
– число электронов, принимающих участие
в процессе;
– концентрация ионов металла в растворе.
По уравнению Нернста определяем потенциалы металлов:
Так как
,
то медный электрод является катодом,
на котором идет процесс восстановления:
Кадмиевый электрод является анодом, на котором протекает процесс окисления:
Схема данного медно-кадмиевого гальванического элемента имеет вид:
ЭДС (Е) элемента рассчитываем по разности электродных потенциалов катода и анода:
3. При электролизе раствора на аноде выделилось 168 газа (н.У.). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, и вычислите, какая масса меди выделилась на катоде.
Ответ.
Сульфат меди в растворе диссоциирует на ионы:
К катоду движутся катионы
меди
;
кроме того, около катода находятся
молекулы воды. Потенциал восстановления
катионов меди больше потенциала
восстановления воды в нейтральной
среде, поэтому на катоде будет происходить
электрохимическое восстановление
катионов меди:
К аноду движутся
сульфат-анионы
;
кроме того, там находятся молекулы воды.
Анионы кислородосодержащих кислот,
имеющие в своем составе атом элемента
в высшей степени окисления (
,
и др.), при электролизе водных растворов
на аноде не разряжаются. Следовательно,
на аноде происходит электрохимическое
окисление воды:
Количественные соотношения при электролизе определяют в соответствии с законами, открытыми М. Фарадеем. Обобщенный закон Фарадея связывает количество вещества, образовавшегося при электролизе, со временем электролиза и силой тока:
где – масса образовавшегося вещества; М – молярная масса вещества; – количество электронов, участвующих в электродном процессе; I – сила тока; t – время электролиза; F – постоянная Фарадея, равная 96500 Кл/моль.
Для газообразных веществ, выделяющихся при электролизе, формулу используют в виде:
где V
– объем газа,
выделяющегося на электроде;
– молярный объем газообразного вещества,
при нормальных условиях равный 22,4
л/моль.
Объединяя оба уравнения,
выражаем и рассчитываем массу выделившейся
на катоде меди, учитывая, что объем
выделившегося кислорода равен
:
4. Железное изделие покрыли никелем. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Ответ.
Никель имеет более положительный потенциал, чем железо. Следовательно, никель – катодное покрытие для железа. При нарушении целостности никелевого покрытия образуется коррозионный микрогальванический элемент, в котором железо будет анодом, а никель – катодом. Подвергаться коррозии (окисляться) будет более активный металл – железо.
Уравнения анодного (А) и катодного (К) процессов запишутся следующим образом:
Таким образом, продуктом коррозии во влажном воздухе будет нерастворимый гидроксид железа(II), а в среде соляной кислоты ‒ растворимый хлорид железа(II) и газообразный водород:
