книги из ГПНТБ / ФIленко О.Г. ЗбIрник задач з фIзичноI химII навчальний посiбник для студентiв металлургiйних спецiальностей вузiв

де ка

— рухливість аніона; кк — рухливість катіона; at — активність

електроліту в першому розчині; о2 — активність

електроліту

в дру­

гому

розчині.

Без урахування величини дифузійного потенціалу електрорушійна

сила

гальванічного елемента дорівнює найбільшій

різниці потенціалів

між

електродами:

і

_ = _ 2 ~ £ 1 = £ l - ^ + - ^ - l n -

^ >

(VI.41)

Zn +

C u 2 +

Z n 2 +

+ Си.

Е. р. с. елемента Якобі

_• = £ _ „ - - i n +

In ^ - ,

(VI.42)

£ r

"Zn

EHg

= E°Hg

+

In a =

0,615 + 0,0296 lg 0,01 =

= 0,615 -0,0592 = 0,5558В.

Задача.

Визначити

потенціали

електродів

і е. р. с. газового еле­

мента

— Pt,

Н 2

[р = 2,0265 • 105

Па) | НС1 (а± =0,1) | С12 (р =

<= 1,5199 • 105 Па), Pt

+

при 298 К.

Р о з в ' я з а н н я .

При роботі елемента

на негативному

електро­

ді відбувається окислення

водню за схемою

_1_н2

Н+

+ е.

Потенціал

водневого електрода:

_

RT

,

а н + ( р Н , ) 2

_

8,314

• 10» • 298

• 2,303

.

0,1 (1,01325 • 105 ) 2

t l i '

~~ ~Т~

±

~

9,65 • 107

'

G

_ L

Рнг

(2,0265 • Ю5 ) 2

=

0,0591 (lg 0,1

i - l g 2) =0,0591 (—1—0,1505)= — 0,068В.

Ha позитивному електроді відбувається відновлення хлору

за схе­

мою

_і_сі2

- С Г - в .

Потенціал хлорного електрода:

р

рО

R T

і„ °СІ-{ Р а > ] 2

=

і а«л

л лсої

, „ 0 , 1 ( 1 , 0 1 3 2 5 -

106 ) 2

£сі2 = £сі2

р-іп

j

1,360 — 0,0591 lg—і

J- =

P e l

(1,5199 • 105 ) 2

=

1,360—0,0590 (lg 0,1

i - l g 1,5) = 1,360 —0,0591 (— 1 —0,088) =

=

1,360 +

0,0643 = 1,4243В.

Додавши

обидва

рівняння реакцій, що протікають на електродах,

дістанемо

рівняння

окислювально-відновної

реакції:

4-Н2

+ - ^ - С 1 2

Н+ + С Г .

Е. р. с. газового елемента

Е = Eat — £ н г

= 1,4243 — (— 0,068) = 1,4923В.

Ag/Ag + (a

= 0,01);

А1/А13 + (а = 0,001);

Pt/Fe2 + (a = 0,2), Fe3 + (a = 0,02);

Pt, H 2 (p =

1,01325 • 105

Па) / HC1 ( a R + = 2,38).

Потрібні дані взяти з табл. 9 додатку.

Відповідь:

0,6808 В; —1,7211 В; 0,7118 В і 0,0223 В.

23. При 298 К потенціал

електрода Мп/Мп2 + (а = 0,001) дорів­

нює— 1,2688 В.

Визначити нормальний потенціал

електрода.

Відповідь:

—1,1801 В.

24.

Як повинні бути складені елементи і електроди, щоб у них про­

тікали

реакції:

Mg + CuS04 - > MgS04 + Си;

С и 2 + + Н 2

Си + 2Н+;

Ag+ + С Г — AgCl (т.);

Н 2

+ С12

2НС1.

25.

Обчислити нормальні

(стандартні) е. р. с. для таких елементів»

A l | Al2 (S04 )3 ||CuS04 |Cu;

Zn I ZnS04 II SnS041 Sn;

Hg I Hg2 Cl2 ,

KC1 (0,1 H .) II AgN03 1 Ag;

Pt, C12 |HC1|| AuCl3 | Au;

Pt|CrS04 ,

Cr 2 (S0 4 ) 3 ||NiS0 4 |Ni .

Потрібні дані взяти з табл. 9 додатку.

Відповідь:

1,999 В; 0,627 В; 0,465 В; 0,138 В і 0,158 В.

26. Написати рівняння реакції, що протікає при роботі елемента

Mg I M g 2 + (a = 0,1) II Cr 2 +

(a =

0,003), Cr 3 + (a = 0,3) | Pt,

і обчислити

е. p. с. цього елемента

при 298 К.

Потрібні дані взяти з табл. 9 додатку.

Відповідь:

2,1028 В.

27.

Обчислити е. р. с. при 298 К для таких елементів:

Си І С и 2 +

(а = 0,001) І С и 2 + (а = 0,1) Си;

Си I С и 2 +

(a =

0,01) II С и 2 + (a = 0,1) Си;

Си | С и 2 +

(а = 0,0001) || С и 2 + (а = 0,1) Си.

Написати

рівняння

реакцій,

що протікають на позитивному і не­

гативному електродах.

Відповідь:

0,0592 В; 0,0296

В; 0,0888 В.

£ х і н = 0,699 — 0,0592 рН.

Відповідь:

0,6397 В.

35. Визначити е. р. с. елемента

Zn I ZnS04 1| CuS041 Си

і потенціали

електродів при 298 К з урахуванням

концентрації і ак­

тивностей іонів Z n 2 + і С и 2 + , якщо в 1000 кг води міститься

по 0,01

кмоля ZnS04

і CuS04 . Потрібні для розв'язування

задачі дані взяти

з табл. 8 і 9 додатку.

Відповідь:

1,100В; 0,2778 В; —0,8222 В; 0,2779 В; —0,8315 В.

36. Визначити активність

іонів кадмію, при якій напрям

струму

в елементі

Fe I Fe 2 + (а =

0,6) II C d 2 + (а = Х)\ Cd

UK =

n F E " =

2 "9 ' 6 5 " 1 0 7 ' ° ' 3 6

— 6 , 9 4 6 " 1 0 7

_ IP 1Q

g

A f l

2.303ЯГ —

2,303 • 8,314

• 105 • 298 ~

5,705 • 10е

"~

'

'

або

Ка = 1,51 • 1012.

Задачі

39. Обчислити максимальну корисну роботу реакції

Zn + CuS04

= ZnS04

+ Си,

якщо стандартна е. р. с. елемента

Zn I Z n 2 + (a = 1) II C u 2 + (a =

1) j Си

при 298 К дорівнює 1,100 В.

Відповідь:

2,123 • 108 Дж .

40.

Визначити тепловий ефект реакції

Zn 4- CuS04

= ZnSO, 4- Си,

якщо е. р. с. елемента

Zn I Z n 2 + (a = 1) И C u 2 + (a = 1) | Си

при 298 К дорівнює 1,100 В, а температурний

коефіцієнт е. р. с. до­

рівнює

—0,00043 В • 1С 1 .

Відповідь:

237,03 МДж.

41.

Е. р. с. елемента, в основі

якого лежить

реакція

Pb + Hg2 Cl2

= РЬС12 + 2Hg,

дорівнює 0,5356 В при 298 К- Температурний

коефіцієнт е. р. с. еле­

мента дорівнює 1,45 • 10~4 В • К~'-

Визначити тепловий ефект і ентропію реакції.

Відповідь:

95,08 МДж; 27,92 кДж • К~'-

42. Е. р. с. елемента Вестона, в основі якого лежить реакція

Cd 4- Hg2 S04

+ - | - Н 2 0 -+ CdS04 • - | - Н 2 0 + 2Hg,

змінюється із зміною температури за рівнянням

£ = 1,0183 — 4,0610~5 (Г — 293) — 9,5 • 10 - 7 (Т — 293)2 4-

4- 10~8 (Г — 293)3.

Визначити е. р. с. елемента, тепловий

ефект, ізобарний

потенціал

і ентропію реакції при 298 К.

Відповідь:

1,0181 В; —196,4 МДж; 198,79 МДж і —8,019 кДж •

К- 1 -