Химия. Сборник задач и упражнений. Учебно-методическое пособие-1

25.Рассчитайте осмотическое давление при 20 ºС раствора сахара с массовой долей С12Н22О11 4 % и плотностью 1,014 г/см3. Ответ выразите в паскалях и атмосферах.

26.Рассчитайте массу растворенного в 1,5 л раствора анилина

С6H5NH2, если осмотическое давление такого раствора при 17 ºС равно

193 кПа.

27.Сколько молей неэлектролита должен содержать 1 л раствора, чтобы его осмотическое давление при 25 ºС было равно 2,47 кПа?

28.Раствор, в 100 мл которого находится 2,30 г вещества, обладает при Т = 298 К осмотическим давлением, равным 618,5 кПа. Рассчитайте молекулярную массу вещества.

29.Рассчитайте осмотическое давление раствора, если к 100 мл

0,5 М водного раствора сахарозы C12H22O11 добавлено 300 мл воды при температуре 25 ºС.

30.Рассчитайте осмотическое давление раствора сахарозы при тем-

пературе 0 ºС, если при 20 ºС осмотическое давление этого же раствора равно 1,066 105 Па.

Примечание. Температуры кипения, кристаллизации, криоскопическая и эбуллиоскопическая постоянные чистых растворителей приведены в приложении 3.

51

3.Напишите уравнение Нернста для расчета электродного потенциала и рассчитайте его значение для каждого электрода в растворе электролита при заданных условиях и Т = 298 К (парциальное давление газа для газовых электродов во всех случаях равно 101 кПа).

4.Рассчитайте равновесное напряжение составленного гальванического элемента.

53

Окончание табл. 12

Задание 3. Дано уравнение суммарной (токообразующей) реакции гальванического элемента (табл. 13).

1.Запишите схему гальванического элемента.

2.Напишите уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде (электродные реакции) в работающем гальваническом элементе.

3.Рассчитайте стандартное напряжение гальванического элемента

EГЭо , используя: а) значения стандартных электродных потенциалов и б) энергию Гиббса rGо суммарной токообразующей реакции.

Таблица 13

1Ni + H2SO4 = NiSO4 + H2

2Cu + 2 AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2 Ag

33 CoCl2 + 2 Al = 3 Co + 2 AlCl3

42 Al + 3 ZnSO4 = Al2(SO4)3 + 3 Zn

53 CdSO4 + 2 Al = 3 Cd + Al2(SO4)3

62 Cr + 3 CoSO4 = Cr2(SO4)3 + 3 Co

7Sn + 2 AgNO3 = Sn(NO3)2 + 2 Ag

8Mn + H2SO4 = MnSO4 + H2

54

10Mg + 2 AgNO3 = Mg(NO3)2 + 2 Ag

112 Ga + 6 HCl = 2 GaCl3 + 3 H2

12Fe2(SO4)3 + 3 Zn = 2 Fe + 3 ZnSO4

13Cd + 2 AgNO3 = Cd(NO3)2 + 2 Ag

143 CuSO4+ 2 Al = Al2(SO4)3 + 3 Cu

152 FeCl3 + 3 Zn = 2 Fe + 3 ZnCl2

162 In + 6 HCl = 2 InCl3 + 3 H2

17Zn + 2 AgNO3 = Zn(NO3)2 + 2 Ag

18Ni + 2 AgNO3 = 2 Ag + Ni(NO3)2

192 Al + 6 HCl = 2 AlCl3 + 3 H2

203 Mn + 2 CrCl3 = 2 Cr + 3 MnCl2

21Cr + CuCl2 = CrCl2 + Cu

22Co + 2 AgNO3 = Co(NO3)2 + 2 Ag

232 FeCl3 + 3 Mg = 2 Fe + 3 MgCl2

24Fe + 2 AgNO3 = Fe(NO3)2 + 2 Ag

25Mg + 2 HCl = MgCl2 + H2

262 CrCl3 + 3 Ca = 2 Cr + 3 CaCl2

272 BiCl3 + 3 Fe = 2 Bi + 3 FeCl2

28Co + 2 HCl = CoCl2 + H2

292 BiCl3 + 3 Sn = 2 Bi + 3 SnCl2

302 AgNO3 + H2 = Ag + 2 HNO3

Задание 4. Уравнение Нернста.

1.Гальванический элемент (ГЭ) состоит из серебряного электрода, погруженного в раствор AgNO3 с активностью 0,5 моль/л, и стандартного водородного электрода. Рассчитайте равновесное напряжение элемента. Напишите схему ГЭ, уравнения катодной, анодной и суммарной реакций, протекающих в гальваническом элементе.

2.Рассчитайте равновесное напряжение гальванического элемента, образованного цинковым электродом, погруженным в раствор ZnSO4

55

с активностью 0,1 моль/л, и свинцовым электродом, погруженным в раствор Pb(NO3)2 с активностью 0,2 моль/л. Напишите схему ГЭ, уравнения катодной, анодной и суммарной реакций, протекающих в гальваническом элементе.

3. Гальванический элемент состоит из хлорного электрода, погруженного в раствор HCl с активностью ионов хлора 1 моль/л при давлении Cl2 101 кПа, и стандартного водородного электрода. Рассчитайте равновесное напряжение элемента. Напишите схему ГЭ, уравнения катодной, анодной и суммарной реакций, протекающих в гальваническом элементе.

4. Два медных электрода погружены: один в раствор СuSO4 с активностью ионов Cu2+ 2 моль/л, а другой в раствор CuSO4 с активностью ионов Cu2+ 0,2 моль/л. Рассчитайте равновесное напряжение такого элемента. Объясните причину возникновения напряжения.

5. Потенциал кадмиевого электрода при 298 К в растворе его соли равен –0,52В. Рассчитайте активность ионов Cd2+ в растворе соли.

6.Равновесное напряжение концентрационного гальванического элемента Cu | Cu2+ || Cu2+ | Cu равно 0,029 В. Рассчитайте активность ионов Сu2 + возле правого электрода, если активность этих ионов возле левого электрода равна 1 моль/л?

7.Напишите электродные реакции и рассчитайте потенциалы следующих электродов:

1)Cd | Cd2+ (aCd2 = 0,1 моль/л);

2)Pt | Cl2 | Cl– (aCl = 0,01 моль/л);

3)Pb | Pb2+ (aPb2 = 0,001 моль/л).

8. Рассчитайте активность ионов кадмия в гальваническом элемен-

те Fe | Fe2+ (aFe2 = 0,6 моль/л) || Cd2+ (aCd2 = x) | Cd, если равно-

весное напряжение элемента равно 0,03 В. Напишите схему ГЭ, уравнения катодной, анодной и суммарной реакций, протекающих в гальваническом элементе.

9. Напишите схему ГЭ, уравнения электродных и суммарной (токообразующей) реакций, если ГЭ состоит из Ni и Cu пластин, опущен-

ных в раствор, содержащий собственные ионы с aNi2 = 10–2 моль/л и

56

aCu2 = 10–2 моль/л. Рассчитайте напряжение гальванического элемента. Изменится ли напряжение, если концентрация ионов уменьшится в

10раз?

10.Напишите 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).

11.Гальванический элемент состоит из марганцевой и железной пластинок, погруженных в растворы солей марганца(II) с активностью

ионов aMn2 = 0,2 моль/л и железа(II) с aFe2 = 0,1 моль/л. Рассчитайте

равновесное напряжение гальванического элемента. Напишите схему ГЭ, уравнения катодной, анодной и суммарной реакций, протекающей в гальваническом элементе.

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

13. Рассчитайте равновесное напряжение элемента

Mn Mn2+ ||Ni2+ Ni

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

шите схему ГЭ, реакции (катодные, анодные и суммарные) для этого элемента.

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

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

Рассчитайте потенциалы каждого электрода и равновесное напряжение элемента.

57

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

ижелезного следует ожидать наибольшее равновесное напряжение и почему? Обозначьте гальванические элементы и напишите электродные реакции – катодные, анодные и суммарные.

16.Обозначьте гальванический элемент, составленный из медного

электрода при aCu2 = 10–3 моль/л и кислородного электрода с рН = 10

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

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

18.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.

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

20.В гальваническом элементе протекает следующая реакция:

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

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

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

21.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, напишите электродные процессы, рассчитайте напряжение гальванического элемента.

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

23.Обозначьте гальванический элемент, в основе работы которого лежит реакция Cu + 2 Ag+ = Cu2 + + 2 Ag. Напишите уравнения элек-

58

тродных процессов, рассчитайте напряжение гальванического элемен-

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

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

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+. Напишите электродные процессы. Обозначьте гальванический элемент.

26. 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. Напишите уравнения электродных реакций. Как изменится напряжение элемента, если ак-

тивность ионов олова в обоих растворах уменьшить в пять раз

27.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 напишите уравнения электродных реакций.

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

29.Обозначьте гальванический элемент, напишите уравнения электродных реакций, суммарной (токообразующей) реакции, если элемент состоит из Sn и Al пластин, опущенных в растворы, содержащие соб-

те равновесное напряжение гальванического элемента.

30. Составьте схему, напишите уравнения электродных и токообразующей реакций гальванического элемента, у которого один из элек-

тродов – кобальтовый с aCd2 = 10–4 моль/л, другой – стандартный водородный с aН = 10–2 моль/л. Рассчитайте равновесное напряжение гальванического элемента.

59

Электролиз водных растворов

Задание 5. Для водного раствора данного электролита:

1)напишите уравнения процессов, которые протекают на катоде и аноде при электролизе данного раствора в электролизёре (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.

Таблица 14

60