Химия. Сборник задач и упражнений. Учебно-методическое пособие

10. Обозначьте гальванический элемент, напишите уравнения электродных реакций, суммарной реакции, если элемент состоит из Ni и Cu пластин, опущенных в раствор, содержащий собственные ионы с

aNi2 = 10–2 моль/л и aCu2 = 10–2 моль/л. Рассчитайте напряжение

гальванического элемента. Изменится ли напряжение, если концентрация ионов уменьшится в 10 раз?

11.Запишите электродные реакции и рассчитайте потенциалы для следующих электродов:

1)Cu | Cu2 + ( aCu2 = 0,1 моль/л);

2)Pt | O2 |OH– ( aOH = 0,01 моль/л);

3)Sn | Sn2 + ( aSn2 = 0,001 моль/л).

12.Гальванический элемент состоит из марганцевой и железной пластинок, погруженных в растворы солей марганца и железа с активностью 1 моль/л. Рассчитайте равновесное напряжение элемента. Напишите уравнения катодной и анодной реакций и суммарной реакции.

13.Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых цинк является положительным электродом, а в другом – отрицательным. Запишите реакции (катодные, анодные и суммарные) для этих элементов. Рассчитайте стандартное напряжение для этих элементов.

14.Рассчитайте равновесное напряжение элемента Mn Mn2+ ||Ni2+ Ni

при активностях ионов aNi2 = 0,01 моль/л, aMn2 = l моль/л. Запиши-

те реакции (катодные, анодные и суммарные) для этого элемента.

15. Какие электрохимические процессы происходят у электродов концентрационного свинцового элемента, составленного следующим образом:

Pb Pb2+, а1 = 0,l моль/л || Pb2+, а2 = 10–3 моль/лPb.

Рассчитайте потенциалы каждого электрода и равновесное напряжение элемента.

16.Составьте таблицу электродных потенциалов меди при активности ионов меди 0,1, 0,001 и 0,0001 моль/л.

17.В какой паре электродов: цинкового и свинцового или цинкового

ижелезного следует ожидать наибольшее равновесное напряжение и

51

почему? Обозначьте гальванические элементы и запишите электродные реакции – катодные, анодные и суммарные.

18. Обозначьте гальванический элемент, составленный из медного электрода при aCu2 = 10–3 моль/л и кислородного электрода с рН = 10

и pO2 = 101 кПа. Запишите электродные процессы, суммарное уравнение реакции. Рассчитайте напряжение гальванического элемента.

19.При какой активности ионов Pb2 + (моль/л) значение потенциала свинцового электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода.

20.Обозначьте гальванический элемент, напишите уравнения электродных реакций, суммарной реакции, если элемент состоит из Ag и Pb пластин, опущенных в растворы, содержащие собственные ионы с

aAg = 1 моль/л и aPb2 = 10–1 моль/л. Рассчитайте равновесное напряжение гальванического элемента.

21.При какой активности ионов Сd2 + (моль/л) значение потенциала кадмиевого электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного потенциала? Запишите уравнение реакции кадмиевого электрода.

22.В гальваническом элементе протекает следующая реакция:

Fe + 2 Ag+ = Fe2+ + 2 Ag.

Обозначьте этот элемент, запишите электродные процессы и рассчитайте равновесное напряжение гальванического элемента, если

aFe2 = 0.01 моль/ л, а aAg = 1 моль/л.

23.Укажите окислитель и восстановитель в гальваническом элементе, составленном из Sn и Ag, которые погружены в растворы их солей

сактивностями катионов 1 мольл. Обозначьте этот элемент, запишите электродные процессы, рассчитайте напряжение гальванического элемента.

24.Марганцовый электрод в растворе его соли имеет потенциал, равный –1,23 В. Напишите уравнение электродной реакции и рассчитайте активность ионов Mn2 +.

25.Обозначьте гальванический элемент, в основе работы которого лежит реакция Cu + 2 Ag + = Cu2 + + 2 Ag. Напишите уравнения электродных процессов, рассчитайте напряжение гальванического элемен-

та, если aCu2 = 0,01 моль/л и aAg = 0,1 моль/л.

52

26. Обозначьте гальванический элемент, в основе работы которого лежит реакция H2 + Cl2 = 2 HCl. Напишите уравнения электродных процессов, рассчитайте напряжение гальванического элемента, если

27. Напряжение гальванического элемента, образованного оловом, погруженным в раствор его соли с aSn2 = 10–4 моль/л, и медью, по-

груженной в раствор ее соли, равно 0,6 В. Рассчитайте активность ионов Cu2+. Запишите электродные процессы. Обозначьте гальванический элемент.

28. Два оловянных электрода погружены: один в раствор SnSO4 с активностью ионов Sn2+ 2 моль/л, а другой в раствор SnSO4 с активностью ионов Sn2+ 0,2 моль/л. Рассчитайте равновесное напряжение элемента. Обозначьте гальванический элемент. Запишите уравнения электродных реакций. Как изменится напряжение элемента, если актив-

ность ионов олова в обоих растворах уменьшить в пять раз

29.Гальванический элемент состоит из золотого электрода, погруженного в раствор AuCl3 с активностью ионов золота 0,1 моль/л, и хлорсеребряного электрода с активностью ионов хлора 1 моль/л. Рассчитайте равновесное напряжение элемента. Обозначьте гальванический элемент и запишите уравнения электродных реакций.

30.Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом анодом. Запишите реакции (катодные, анодные и суммарные) для этих элементов. Рассчитайте стандартное напряжение для этих элементов.

Электролиз водных растворов

Задание 5. Для водного раствора данного электролита:

1)запишите уравнения процессов, которые идут на катоде и аноде

исуммарную реакции, происходящие при электролизе в электролизере

(табл. 14);

2)укажите реакцию среды рН до электролиза. Изменится или нет

рН раствора у анода и катода в процессе электролиза Если изменится, то укажите как: уменьшится или увеличится;

3) по закону Фарадея рассчитайте величину обозначенного через

знак « » одного из параметров (массу вещества, выделившегося на катоде m, ток I или время электролиза t), если известен катодный выход металла по току ВМе.

53

Таблица 14

Задание 6. Многовариантные задачи

1. Какие процессы происходят у катода и анода при электролизе никелевой соли, если оба электрода сделаны из никеля? Как изменится масса анода после пропускания тока силой 2,5 А в течение 1 ч, если

анодный выход по току составляет 100 .

2.Раствор BaI2 подвергался электролизу в электролизере с угольными электродами в течение 15 мин при силе тока 6 А. Запишите электродные реакции и рассчитайте, сколько граммов и какого вещества образовалось при этом на катоде и аноде.

3.При прохождении тока силой 1,5 А в течение 30 мин через раствор соли трехвалентного металла на катоде выделилось 1,07 г металла

(выход по току 100 ). Определите атомную массу металла. Запишите уравнение катодной реакции.

4. Рассчитайте степень окисления висмута (Bi) в растворе ее соли, если для выделения 10 г металлического висмута было израсходовано

15389 Кл (кулон) электричества. Выход по току 90 . Запишите уравнения реакций.

5. При электролизе Cr(NO3)3 в электролизере с угольными электродами за 10 мин на катоде выделилось 0,26 г хрома. Какова была сила

тока, если выход хрома по току составил 80 ? Запишите уравнения катодной и анодной реакций.

6.Сколько времени потребуется для разложения одного моля воды током силой 5 А? Запишите уравнения катодной и анодной реакций. Составьте электрохимическую схему электролизера, в котором могут происходить только две эти реакции.

7.Через раствор AgNO3 пропускали ток силой 1 А в течение 3 ч до тех пор, пока все серебро не выделилось из раствора. При этом был использован нерастворимый анод. Какие реакции происходили при

этом на катоде и аноде? Сколько граммов AgNO3 содержалось в растворе? Что представляет собой оставшийся раствор?

8.Через раствор ZnSO4 с цинковыми электродами в течение двух часов пропускали ток силой 0,8 А. Запишите уравнения электродных реакций. На сколько граммов уменьшилась масса анода, если анодный

выход по току составляет 100 ?

9. Имеется электролизер с платиновыми электродами и раствором K2SO4. Запишите уравнения катодной и анодной реакций. Какое количество KОН (граммов) образуется у катода, если пропустить через раствор 9650 Кл электричества? Какое вещество образуется возле анода?

55

10. Через раствор FeCl2 пропускали ток силой 3 А в течение 6 мин, а через раствор FeCl3 – ток силой 5 А в течение 10 мин. Запишите уравнения катодной и анодной реакций, если в обоих электролизерах электроды угольные. В каком растворе выделилось больше железа, если

катодный выход по току равнялся 80 для обоих электролизеров?

11.Какие реакции происходят на катоде и аноде при электролизе раствора KNO3, если оба электрода сделаны из меди? Сколько граммов

икакого вещества образовалось возле анода и катода, если пропускался ток силой 1 А в течение 30 мин?

12.Определите степень окисления платины (Pt) в растворе ее азотнокислой соли, если для выделения 1,52 г металлической платины в течение 10 мин пропускался ток силой 5 А. Запишите уравнения реакций на электродах, если электроды угольные.

13.Сколько времени потребуется для выделения 11,2 л водорода (н.у.) при электролизе раствора HCl, если сила тока равна 0,5 А? Запишите уравнения электродных реакций, если электроды медные.

14.Какое количество электричества (в Кл) нужно пропустить через раствор соли серебра, чтобы выделить из раствора 1 г серебра? Запишите электрохимическую схему электролизера и реакции на катоде и аноде. Катод – Ag, анод – Pt, электролит – водный раствор AgNO3. Ка-

тодный выход по току 100 .

15.Составьте схему электролиза раствора NaCl с угольными электродами. Запишите уравнения катодной и анодной реакций и рассчитайте, сколько кулонов электричества проходит через раствор при образовании 1 кг NaOH.

16.Ток силой 2 А в течение 2 ч пропускался через раствор Cu(NO3)2. Cколько меди выделилось на катоде? Сколько меди выделится, если Cu(NO3)2 заменить на CuNO3? Запишите уравнения катодной и анодной реакций при электролизе данных растворов с угольными электродами.

17.Составьте схему электролиза раствора BaCl2 с железными электродами. Запишите уравнения электродных реакций и рассчитайте, сколько времени длится электролиз при образовании 1 кг Ba(OH)2, если сила тока равна 5 А.

18.Рассчитайте атомную массу двухвалентного металла, если при пропускании через раствор его азотнокислой соли тока силой 4 А в течение 24 мин 30 с на катоде выделилось 2 г металла (выход металла

по току 100 ). Определите, какой это металл. Запишите уравнения катодной и анодной реакций, если электроды угольные.

56

19. Рассчитайте время, необходимое для выделения 55 г железа из раствора FeCl3 на угольных электродах, если электролиз проводился

током в 10 А, катодный выход по току 80 . Запишите уравнения реакций на электродах.

20.Раствор NiCl2, содержащий 129,7 г соли, подвергался электролизу током в 5 А в течение 6 ч. Какие реакции протекают при этом на платиновых электродах? Сколько хлорида никеля осталось в растворе

икакой объем хлора выделился (катодный выход по току 80 , анод-

ный 100 )?

21.При электролизе раствора CuSO4 с медными электродами масса катода увеличилась на 5 г. Какое количество электричества было пропущено? Запишите уравнения катодной и анодной реакций.

22.Какое количество электричества (Кл) надо пропустить через раствор LiCl для получения 20 г LiOH? Какие реакции протекали при этом на угольных электродах?

23.Рассчитайте массу серебра, которая выделится на катоде и растворится с анода при электролизе раствора AgNO3 с серебряными электродами в течение 2 ч при силе тока 5 А. Катодный выход по току

100 , анодный выход по току 80 . Запишите реакции на катоде и аноде. Электроды серебряные.

24.При электролизе раствора KNO3 пропускался ток силой 1 А в течение 30 мин. Сколько и какого вещества образовалось возле анода и катода? Запишите электрохимическую схему и реакции на катоде и аноде. Электроды – Pt.

25.При электролизе раствора CuCl2 выделилось 1,12 л Cl2 (н.у.). Какая масса меди при этом выделилось на катоде? Катодный и анодный

выход по току 100 . В течение какого времени проводился электролиз, если сила тока равнялась 0,2 А? Запишите реакции на катоде и аноде. Катод изготовлен из меди, анод из графита.

26.Железная пластинка погружена в раствор CuSO4. Напишите уравнение реакции, произошедшей при этом. В результате реакции вес пластинки увеличился на 2 г. Сколько меди выделилось на пластинке?

27.Через электролизер, электродами которого является цинк, в течение двух часов пропускался ток силой 0,8 А. Какое количество цинка при этом выделится на катоде и растворится с анода при электроли-

зе раствора Zn(NO3)2? Катодный выход по току 60 , анодный выход

по току 100 . Запишите реакции на катоде и аноде.

28. Водный раствор CaCl2 (электроды Pt) подвергался электролизу в течение 15 мин при силе тока 6 А. Рассчитайте, какие количества ве-

57

ществ выделились при этом из раствора, если катодный и анодный выход тока равен 100 . Запишите реакции на катоде и аноде.

29.Рассчитайте объем хлора (н.у.), выделившегося при электролизе NaCl c платиновыми электродами током в 10 А в течение 30 секунд. Запишите уравнения электродных реакций.

30.Через раствор Pb(NO3)2 в течение 40 мин пропускался ток силой 0,5 А. Сколько свинца выделилось на катоде при выходе свинца по то-

ку 95 ? Запишите реакции на катоде и аноде. Электроды изготовлены из свинца.

Электрохимическая коррозия

Задание 7. Даны пара металлов и значения рН водной среды

(табл. 15).

1. Рассчитайте равновесные потенциалы водородного и кислородного электродов и оцените возможность коррозии металла в данной электрохимической системе на основании сравнения рассчитанных потенциалов со стандартными значениями равновесных потенциалов металлических электродов. Укажите, какой металл будет подвергаться коррозии (окислению)?

Таблица 15

2.Запишите коррозионную электрохимическую систему, уравнения электродных реакций при коррозии металла из данной пары в водной среде с заданным значением рН при контакте с воздухом.

3.Предложите для окисляемого (разрушаемого) металла данной пары катодное и анодное металлическое покрытие с заданным значением рН.

4.Запишите электрохимическую схему коррозионных элементов, образующихся при нарушении целостности покрытий, уравнения электродных реакций при коррозии данного металла.

5.Предложите протекторную защиту для данной пары металлов. Запишите электрохимическую систему, уравнения электродных реакций при протекторной защите.

6.Запишите электрохимическую систему электрозащиты (катодной) данной пары металлов, уравнения электродных реакций при работе электрозащиты.

59

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Коровин Н.В. Общая химия: учебник для вузов по техническим направлениям и специальностям / Н.В. Коровин. – Изд. 13-е, перераб. и доп. – М.: Академия, 2011.

2.Химия: [учебник для вузов по техническим направлениям и специальностям] / А.А. Гуров [и др.]. – Изд. 3-е, испр. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Ба-

умана, 2008.

3.Общая химия: [учеб. пособие для вузов] / Н.Л. Глинка; под ред. А.И. Ермакова. – Изд. 30-е, испр. – М.: Интеграл-Пресс, 2007.

4.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: [учебное пособие для нехимических специальностей вузов] / Н.Л. Глинка; под ред. В.А. Рабиновича, Х.М. Рубиной. – Изд. стер. – М.: Интеграл-Пресс, 2008.

5.Задачи и упражнения по общей химии: учеб. пособие / под ред. Н.В. Коровина. – М.: Высшая школа, 2004.

6.Зайцев О.С. Химия. Современный краткий курс. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001.

7.Суворов А.В., Никольский А.Б. Вопросы и упражнения по общей химии. – СПб: Химиздат, 2002.

60