Приклади розв'язання типових завдань

Задача 1. Молярна концентрація KMnO₄ складає 0,085 моль/л. Розрахуйте нормальну концентрацію калій перманганату як окисника у нейтральному середовищі.

Рішення. Записуємо реакцію відновлення у нейтральному середовищі:

MnO₄^– + 2H₂O + 3e^– ↔ MnO₂↓ + 4OH^–.

Оскільки у реакції участь приймають 3 електрони, z = 3, тоді f = ⅓. Нормальну концентрацію розраховуємо за формулою

(моль/екв-л).

Задача 2. Розрахуйте реальний потенціал системи за наступних умов: t = 30⁰C, [BrO₃^–] = 0,01; [Br^–] = 0,07; рН = 5.

Рішення. Напівреакція має вигляд:

BrO₃^– + 6H⁺ + 6e^– ↔ Br^– + 3H₂O.

Для заданої напівреакції записуємо рівняння Нернста:

,

де Е⁰ – стандартний потенціал системи (довідкова величина, для заданої системи 1,45 В);

R – універсальна газова стала (8,314 Джмоль^–1К^–1);

Т – абсолютна температура (К);

F – стала Фарадея (96500 Кл).

У розведених водних розчинах активність води фактично є сталою величиною і дорівнює одиниці, тому множник не враховуємо. Також активності іонів можна замінити їх молярними концентраціями. Враховуючи, що:

T = t + 273 = 30 + 273 = 303 (K)

і

[H⁺] = 10^–pH = 10^–5,

можна розрахувати реальний потенціал системи:

= 1,14 (В).

Задача 3. Знайдіть рН розчину, у якому потенціал водневого електроду відносно до насиченого каломельного електроду (Е_НКЕ=0,247 В) дорівнює –0,430 В.

Рішення. Реакція, що має місце на водневому електроді:

2H⁺ + 2e^– → H₂↑.

Запишемо рівняння Нернста для неї:

.

Враховуючи, що = 1 і рН = –lg[H⁺], можна записати:

або .

Розраховуємо потенціал водневого електроду в заданому розчині:

, звідки (В).

Знаходимо значення рН:

.

Завдання для самостійної підготовки

1. Розрахувати реальні потенціали систем:

а) * при рН=3.

* Напівреакція редокс процесу: MnO^–₄+5e+8H⁺↔Mn²⁺+4H₂O.

Рівняння Нернста для цієї пари:

;

приймаємо, що [MnO^-₄]=[Mn²⁺]=1 моль/л; для рН=3 концентрація

[H+]=10^-3 моль/л;

звідки виходить:

В.

б) , рН=4; в) VO^–₃/VO²⁺, pH=2; г) BrO^–₃/Br-, pH=5;

д) , pH=3; е) ClO^–₃/Cl^-, pH=4; ж) O₂/H₂O, pH=6;

к) NO^–₂/NO, рН=2; л) JO^–₃/J₂ ; рН=1.

2. Розрахувати наважки KMnO₄ і K₂Cr₂O₇, які потрібно взяти для приготування 0,5 л 0,1 н. розчинів (в окислювально-відновних реакціях) для роботи в кислому середовище.

Відповідь: 1,58 і 2,45 г.

3. Робочий розчин призначений для титрування відновників готують розчиненням наважки хімічно чистого K₂Cr₂O₇ (5,2000 г) у мірній колбі місткістю 998 мл. Обчислити титр розчину, титр за йодом ( ), нормальну і молярну концентрацію.

Відповідь: 5,23·10^–3; 0,1067; 0,01778 моль/л; 1,35·10^–2.

4. Змішані три розчини K₂Cr₂O₇: 300 мл розчину, який містить 1,25 г цієї солі 400 мл 0,0405 м розчину і 250 мл 0,222 н. Об’єм суміші розбавили водою до 1000 мл. Розрахувати нормальну концентрацію розчину в реакціях окиснення.

Відповідь: 0,1780 моль/л.

5. Обчислити потенціал платинового електрода в розчині, що містить 19,5 г хромату калію і 15 г хлориду хрому в 200 мл, відносно 0,1 н. каломельного електрода при температурі розчину 18⁰С.

Відповідь: 0,4439В.

6. У розчин Н₃ВО₃ занурені два електроди індикаторний-водневий і електрод порівняння-каломельний. ЕРС отриманого гальванічного елемента (t⁰=25⁰C) дорівнює 0,594 В. Розрахувати рН розчину Н₃ВО₃.

Відповідь: 5,27.

7. Побудувати криву потенціометричного титрування в координатах рН–V і визначити концентрацію розчину СН₃СООН (г/л), якщо при титруванні 10 мл цієї кислоти 0,100М КОН отримані такі результати:

VKOH, мл	10,00	13,00	14,00	14,5	14,9	15,00	15,1	15,5	16,00
рН	5,05	5,36	5,88	6,19	6,92	8,82	10,59	11,29	11,58

Відповідь: 9,01 г/л.

8. Наважку плаву масою 2,157 г розчинили і після відповідної обробки довели об'єм розчину до 100 мл. Побудувати криву потенціометричного титрування в координатах Е–V і визначити масову частку (%) срібла в плаві, якщо при титруванні 25,00 мл приготованого розчину 0,120М розчином NaCl одержали такі результати:

VNaCl, мл	16,00	18,00	19,00		19,5		19,9	20,00		20,1		20,5	21,00
Е, мВ	689	670	652	634		594			518		440	401	383

Відповідь: 48,00%.

9. Наважку мідного плаву масою 0,7500 г розчинили, об'єм розчину довели до 250,0 мл і 20,00 мл приготованого розчину відтитрували потенціометричним методом розчином тіосульфату натрію з титром по міді г/мл. Побудувати криву титрування в координатах E–V і розрахувати масову частку (%) міді в плаві за такими даними:

, мл	1,5	1,9	2,0	2,05	2,08	2,10	2,12	2,15	2,20
Е, мВ	475	445	424	405	382	305	232	186	162

Відповідь: 58,24%.

10. Наважку сплаву масою 2,0400 г розчинили і талій(I) відтитрували потенціометричним методом 0,1000 н. розчином KBrO₃ в солянокислому середовищі:

Tl⁺ + BrO₃^ + Н⁺ = Tl³⁺ + Br^ + H₂O.

Розставити коефіцієнти в рівнянні реакції.

Побудувати криву титрування в координатах E–V і обчислити масову частку (%) талію в сплаві за такими даними:

V (KBrO3), мл	2,0		10,0	17,0	18,8	19,0	19,2	21,0
E, мВ	1250	1280		1310	1340	1410	1430	1450

11. Потенціал платинового електрода в розчині, що містить і М HCl, дорівнює 0,640В відносно НКЕ. Розрахувати співвідношення .

Відповідь: 100:1.

12. Розрахувати потенціал срібного електрода в розчині з активністю йодид-іонів рівній 1М і насиченому відносно AgI.

Відповідь: –0,15В (СВЕ).

13. Розрахувати потенціал скляного електрода (К=0,350 B) у розчині з рН=5,0 відносно хлоридсрібного електрода порівняння.

Відповідь: –0,167В.

14. Розрахувати потенціал платинового електрода в розчині, що містить 0,2М Fe (III) і 0,1М Fe (II): а) відносно СВЕ; б) відносно НасКе. Коефіцієнти активності прийняти рівними одиниці, t=25⁰C.

Відповідь: а) 0,788В; б) 0,546В.

15. ЕРС гальванічного елемента (Pt–HKE) дорівнює 0,558В. Яке співвідношення Fe (III)/Fe (II)?

Відповідь: 3,1.

16. Потенціал скляного електрода в буферному розчині з рН 4,00 дорівнює 0,209В при 25⁰С. У розчинах з невідомим рН потенціал був рівним: а) 0,301В; б) 0,070В. Який рН розчинів у першому і другому випадку?

Відповідь: а) 5,56; б)1,67.

17. Розрахувати вміст домішку Fe³⁺ у розчині FeSO₄, якщо потенціал платинового електрода відносно НКЕ дорівнює 0,44В.

Відповідь: 3,7%.

18. На скільки мВ зміниться потенціал водневого електрода відносно 0,1 н. каломельного електрода, якщо до 50 мл 0,1М розчину HCl додати 20 мл 0,2М розчину аміаку? Температура досліду 20⁰С.

Відповідь: 0,0495 В.

19. До 0,05 н. розчину нітрату свинцю додано еквівалентну кількість йодиду калію. Обчислити потенціал свинцевого електрода відносно НКЕ, якщо температура досліду 30⁰С.

Відповідь: 0,5026 В.

20. Обчислити потенціал алюмінієвого електрода в розчині, що містить 13,35 г хлориду алюмінію в 500 мл розчину, відносно СВЕ і НКЕ при 30⁰С.

Відповідь: –1,674В і 1,9145 В.