Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая химия. Учебно-методическое пособие
.pdf
71
Пример 2
Рассмотрите возможность растворения цинка и меди в соляной
кислоте.
Восстановителем в рассматриваемых окислительно-восстановительных реакциях могут быть Zn и Cu:
φ(Zn
2+
/Zn) = –0,76 В , φ(Cu
2+
/Cu) = +0,34 B.
Окислителем является Н
+
. φ(2Н+/ H2) = 0.
Медь не растворяется в соляной, а также серной кислоте разбавленной, т. к. разность потенциалов
φ = φ(2Н
+
/ H2) – φ(Cu
2+
/Cu) =
= 0 – 0,36 = –0,36 В меньше нуля.
Цинк растворяется в растворах разбавленных кислот, т. к. в этом
случае
φ = φ(2Н
+
/ H2) – φ(Zn
2+
/ Zn) = 0 – (–0,76) = +0,76 В больше
нуля.
Электронно-ионная схема, ионное и молекулярное уравнения:
1
Zn – 2ē = Zn
2+
2Н+ + 2ē = Н
2
Zn + 2Н+ = Zn
2+ +
Н2
Zn + 2HCl = ZnCl
2
+ Н2
Пример 3
Рассмотрите возможность растворения алюминия в растворе
щелочи.
Al + NaOH + H
2
O
Red среда Ox
Восстановитель – Al. φ
(AlO2–/ Al) = –2,36 B.
Окислитель – Н
2
О. φ (2Н2О/H2) = –0,41 B.
Возможность протекания процесса:
φ =
22
Е 2H O / H
– φ (AlO2–/ Al) = –0,41 – (–2,36) = 1,95 В. Раз-
ность потенциалов больше нуля, следовательно, реакция теоретически возможна. Практически она также осуществима, так как гидроксид алюминия проявляет амфотерные свойства.
Электронно-ионная схема, ионное и молекулярное уравнения:
2 3 Al – 3ē + 4OH
–
= AlO
2
–
+ 2Н2О
2Н
2
О + 2ē = Н2 + 2ОН
2Al + 8OH– + 6Н2О = 2AlO
2
–
+ 3Н2 + 4Н2О + 6OH–
2Al + 2OH– + 2Н2О = 2AlO
2
–
+ 3Н2
2Al + 2NaOH
+ 2Н2О = 2NaAlO2 + 3Н2
71
72
Пример 4
Допишите правую часть предполагаемого взаимодействия, используя схемы, предложенные выше: запишите электронно-ионные
уравнения полуреакций, ионное и молекулярное уравнения реакции:
Al + H
2SO4
(конц.)
Red Ox
Al + H
2SO4
(конц.)
Al
2
(SO4)3 + H2S + H2O
8
3
Al – 3ē = Al3+
SO
4
2–
+ 8ē + 10H+ = H2S + 4H2O
8Al + 3SO
4
2–
+ 30H+ = 8Al3+ + 3H2S + 12H2O
8Al + 15H
2SO4
(конц.) = 4Al
2
(SO4)3 + 3H2S + 12H2O
Пример 5
Допишите правую часть предполагаемого взаимодействия, используя схемы, предложенные выше, запишите электронно-ионные уравнения полуреакций, ионное и молекулярное уравнения реакции:
Zn + HNO
3
(разб.)
Red Ox
Zn + HNO
3
(разб.) Zn(NO
3)2
+ N2 + H2O
5
1
Zn – 2ē = Zn
2+
2 NO
3
–
+ 10ē + 12H+ = N2 + 6H2O
5Zn + 2NO
3
–
+ 12H+ = 5Zn
2+
+ N2 + 6H2O
5Zn + 12HNO
3
(разб.) = 5Zn(NO
3)2
+ N2 + 6H2O
Тема 10. Электрохимическая коррозия металлов
Задание 1. Используя потенциалы (табл. П.1.9), укажите анод и
катод гальванопары, направление движения электронов, рассчитайте
ЭДС.
Задание 2. Напишите уравнения анодного и катодного процес-
сов, молекулярное уравнение коррозии.
Гальванопары
Коррозионная среда
H2O + O2 NaOH + H2O H2O
1. Zn/Sn 5. Fe/Ni 9. Mg/Fe
2. Pb/Zn 6. Zn/Cu 10. Ni/Mg
3. Fe/Zn 7. Pb/Fe 11. Al/Cu
4. Fe/Cu 8. Bi/Ni 12. Cu/Zn
72
73
13. Zn/Fe 19. Cr/Bi 25. Zn/Sn
14. Fe/Cr 20. Co/C
u
26. Mg/Cd
15. Co/Al 21. Pb/Sn 27. Cr/Bi
16. Cr/Ni 22. Fe/M
g
28. Co/Mg
17. Al/Fe 23. Ni/Zn 29. Mg/Fe
18. Zn/Al 24. Cu/Pb 30. Sn/Bi
Примеры решения и оформления заданий к разделу 10
Пример 1. Гальванопара алюминий-железо в воде (среда
нейтральная). В воде растворен кислород.
Решение
1. Схема гальванопары: Al / H
2
O, O2 / Fe.
2. Потенциалы:
0
3
ЕАl(OH) Al
=
1,88 B;
0
2
Е Fe(OH) Fe
= 0,46 B;
0
2
ЕО4OH
= +0,814 B.
Восстановитель – Al, окислитель
О
2
.
3. Al(
): 4 Al 3ē + 3Н
2
О = Al(OH)3+ 3Н+ процесс окисления;
Fe(+): 3 О
2
+ 4ē + 2Н2 О = 4ОН– процесс восстановления
4Al + 3О
2
+ 6Н2О = 4Al(OH)3
4. Направление движения электронов от участка с меньшим потенциалом к участку с большим потенциалом:
ē
(
) Al/ Fе (+) ē
О
2
, Н2О
Пример 2. Определить процессы, протекающие при коррозии
луженого железа (среда – влажный воздух, содержащий кислород,
пары воды и ионы Н
+
), если нарушена сплошность покрытия.
Решение
1. Схема гальванопары
Fe / Н
2
О, О2, Н+ / Sn.
2. Потенциалы
02
Е Fe Fe
=
0,44 B;
02
Е Sn Sn
= 0,136 B;
0
22
ЕО2H O
= +1,228 B.
Восстановитель – железо, окислитель – кислород.
3. Fe(
): 2 Fe 2ē = Fe
2+
– процесс окисления;
Sn(+): 1 О
2
+ 4ē + 4Н+ =2Н2О – процесс восстановления
2Fe + О
2
+ 4Н
+
= 2Fe2+ + 2Н2О
2Fe + О
2
+ 4НCl = 2FeCl2 + 2Н2О
73
74
При нарушении целостности покрытия будет разрушаться Fe.
4. Электроны движутся от участка с меньшим потенциалом к участку
с большим потенциалом:
ē
(
) Fe/ Sn (+) ē
О
2
, Н+
Пример 3. Рассмотреть коррозию детали из железа и алюминия
в щелочной среде (КОН), если растворенный кислород отсутствует.
Решение
1. Схема гальванопары:
Al / КОН/ Fe
2. Потенциалы:
0
2
ЕАlO Al
= 2,36 B;
0
2
Е Fe(OH) Fe
= 0,874 B;
0
22
Е 2H O H
= 0,827 B.
Восстановитель
алюминий, окислитель вода.
3. Al(
):
2
Al 3ē + 4OH
–
= AlO
2
–
+ 2H2O – процесс окисления;
Fe(+): 3 2H2O + 2ē = 2OH – + H2 – процесс восстановления
2Al + 8 OH – + 2H2O = 2AlO
2
–
+ 3H
2
2Al + 8 КOH + 2H2O = 2КAlO
2
+ 3H2
Разрушается алюминий.
0
(Cu2+/Cu)
4. Направление перемещения электронов в системе:
ē
(
) Al/ Fe (+) ē
H
2
O, KOH
Тема 11. Электролиз растворов
Задание 1. Рассмотрите катодные и анодные процессы при электро-
лизе водных растворов веществ с инертными электродами. Значения
электродных потенциалов металлов приведены в табл. П.1.4. Рассчитайте массу или объем (при нормальных условиях для газов) продуктов, выделяющихся на электродах при пропускании через раствор в
течение 1 часа тока силой 1 А.
1. LiBr 5. FeBr
2
9. BaCl2
2. K3PO4 6. K2CO3 10. Bi(NO3)3
3. Ba(NO3)2 7. СоCl2 11. Al2(SO4)3
4. CuCl2 (с Сu анодом) 8. AgNO3 12. Ca(NO3)2
74
75
13. K2SO4 19. KOH 25. MgCl2
14. KMnO4 20. CaI2 26. CoBr2
15. ZnCl2 21. NaOH 27. NiSO
4
(c Ni анодом)
16. NiSO4 22. ZnSO4 28. NaNO2
17. BeSO4 23. Na2CO3 29. KI
18. Mg(NO3)2 24. Ba(NO2)2 30. NaCl
Примеры решения и оформления заданий
к разделу 11
Пример 1. Электролиз водного раствора сульфата калия
с инертными электродами:
K
2SO4
= 2K + + SO
4
2–
() Kатод K
+
, H2O
(+) Aнод
SO4 2–, H2O
0
(2K+/K) = 2,92 B;
(2H
2
O/H2) = 1 B.
Так как
(2H
2
O/H2) > 0(2K+/K),
происходит восстановление воды:
2H2O +2ē = H2+ 2OH
Среда щелочная
Сульфат-ионы не разряжаются,
т. к. сера находится в высшей
степени окисления.
(O
2
/2H2O) 1,8 B.
2H2O 4ē = O2 + 4 H+
Среда кислая
Пример 2. Электролиз водного раствора хлорида олова с инерт-
ными электродами: SnCl
2
= Sn 2+ + 2Cl
–
() Kатод Sn
2 +
, H2O (+) Aнод Cl
, H2O
0
(Sn2+/Sn) = 0,136 B;
(2H
2
O/H2) = 1 B.
Так как
0
(Sn2+/Sn) > (2H2O/H2),
идет процесс восстановления
ионов олова:
Sn2+ + 2ē = Sn.
0
(Cl2/2Cl–) = 1,36 В ;
(O
2
/2H2O) 1,8 B.
Так как
0
(Cl2/2Cl–) < (O2/2H2O),
идет процесс окисления ионов Сl
:
2Cl 2ē = Cl2
.
Пример 3. Электролиз сульфата меди с медным анодом:
CuSO
4
= Cu2+ + SO
4
2-
() Kатод Cu
2+
, H2O
(+) Aнод Сu, SO
4
2–
, H2O
0
(Cu2+/Cu) = +0,34 B ;
(2H
2
O/H2) = 1 B.
Так как
0
(Cu2+/Cu) > (2H2O/H2),
происходит восстановление
ионов меди
: Cu
2+
+2ē = Cu.
0
(Cu2+/Cu) = +0,34 B;
(O
2
/2H2O) 1,8 B.
Сульфат-ионы не разряжаются.
Так как
(O
2
/2H2O)
<
(O
2
/2H2O),
анод растворяется:
Cu 2ē = Cu 2+.
75
76
Количественные соотношения при электролизе определяют
в соответствии с законами, открытыми М. Фарадеем в 1834 г. Обобщенный закон Фарадея связывает количество вещества, образовавшегося при электролизе, со временем электролиза и силой тока:
τI
mM
nF
,
где m
масса образовавшегося вещества , г;
М
молярная масса вещества, г/ моль;
I
сила тока, А;
время электролиза, с;
n
количество электронов, участвующих в электродном процессе;
F
константа Фарадея (96500 Кл/моль).
Для газообразных веществ, выделяющихся при электролизе,
формула принимает вид
0
τI
VVnF
,
где V
объем газа, выделяющегося на электроде, л
V
0
объем 1 моль газообразного вещества при нормальных условиях (22,4 л/моль).
Пример 4. Рассчитать массу олова и объем хлора при нормаль-
ных условиях, выделившихся при электролизе раствора хлорида олова с инертными электродами в течение 1 часа при силе тока 4 А.
Решение
8,86 г,
965002
606014
118,7
Sn
m
2
Cl
4 1 60 60
22,4 1,67 л.
2 96500
V
76
77
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коровин Н. В. Общая химия : учебник для вузов / Н. В. Коровин. – 3-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2002. – 558 с.
2. Угай А. Я. Общая и неорганическая химия : учебник для вузов /
А. Я. Угай. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2000. – 527 с.
3. Гельфман М. И. Химия : учебник для студентов, обучающихся по
техническим специальностям и направлениям / М. И. Гельфман,
В. П. Юс
трато
в. – 3-е изд., стер. – СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2003. –
480 с.
4. Глинка Н. Л. Общая химия : учеб. пособие для вузов /Н. Л. Глинка;
под ред. А. И. Ермакова. – 30-е изд., испр. – М.: Интеграл-ПРЕСС,
2004. – 728 с.
5. Глинка Н. Л. Задачи и упражнения по общей хи
мии : учеб. по
собие
для студентов нехимических специальностей /Н. Л. Глинка; под ред.
В. А. Рабиновича, Х. М. Рубинной. – 26-е изд., испр. – М.: Интеграл–
ПРЕСС, 2004. – 204 с.
6. Краткий справочник физико-химических величин / под ред.
А. Равделя, А. М. Пономаревой. – Л.: Химия, 1986. – 232 с.
77
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Таблица П.1.1
Периодическая система элементов Д. И. Менделеева
Примечание. Названия химических элементов № 104–109 рекомендованы Комиссией IUPAC
по неорганической номенклатуре 08.1994 г.
78
Таблица П.1.3
Растворимость солей и оснований в воде
КАТИОНЫ
Анионы Ag
+
Al
3+
Ba
2+
Be
2+
Bi
3+
Ca
2+
Cd
2+
Co
2+
Cr
3+
Cu
2+
Fe
2+
Fe
3+
Нg
2+
Mg
2+
Мn
2+
Ni
2+
Pb
2+
Sn
2+
Sr
2+
Zn
2+
Br
–
; Cl
–
Н Р Р Р – Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р М Р Р Р
CH
3
COO
–
Р Н Р Н Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р – Р Р
CO
3
2–
Н – Н Н Н Н Н Н – Н Н – Н Н Н Н Н – Н Н
PO
4
3–
Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н
S
2–
Н – Р – Н Р Н Н – Н Н – Н – Н Н Н Н Р Н
SO
3
2–
Н – Н – Н Н Н Н – Н Н – Н Н Н Н Н – Н Н
SO
4
2–
Н Р Н Р Р Н Р Р Р Р Р Р – Р Р Р М Р Н Р
SiO
3
2–
Н Н Н – – Н Н Н Н Н Н Н – Н Н Н Н – Н Н
OH
–
– Н Р Н Н M Н Н Н Н Н Н – Н Н Н Н Н Р Н
Примечание. P – растворимые, Н – нерастворимые, M – малорастворимые – – в водных растворах не суще-
ствуют. Гидроксиды и соли, образованные катионами К
+
, Na
+
, NH
4
+
, а также соли азотной кислоты (анион NO
3
–
)
растворимы.
79
Таблица П.1.2
Термодинамические константы некоторых веществ
Вещество
G
0
298
,
кДж
моль
H
0
298
,
кДж
моль
S
0
298
,
Дж
моль К
Вещество
G
0
298
,
кДж
моль
H
0
298
,
кДж
моль
S
0
298
,
Дж
моль К
Ag(к) 0 0 42,69 Mg(к) 0 0 32,55
Ag2O(к) –10,82 –30,56 121,81 MgO(к) –569,4 –601,2 26,94
AgCl –109,7 –127,07 96,07 MgCO3(к) –1029 –1096 65,69
AgBr(к) –94,9 –99,16 107,1 N2(г) 0 0 191,5
AgI(к) –66,3 –64,2 144,2 NH3(г) –16,7 –46,9 192,5
Al(к) 0 0 28,31 N2H4(ж) 149,2 50,4 121,3
Al2O3(к) –1580 –1674 50,94 NH4OH(р) –254,2 –361,2 165,4
Al(OH)3(к) –1139,7 –1605,5 85,35 NO(г) 86,7 90,37 210,6
Al2(SO4)3(к) –3434,0 239,2 NOCl(г) 66,37 52,59 263,5
BaO –528,4 –557,9 70,29 N2O(г) 104,12 82,01 219,83
Ba(OH)2(к) –946,1 103,8 NO2(г) 51,8 33,50 240,45
BaCO3(к) –1139 –1202 112,1 N2O4(г) 98,28 9,66 304,3
BaSO4(к) –352 –1465 131,8 NaCl(к) –384,9 –410,9 72,8
Br2(г) 3,14 30,92 245,35 NaBr(к) –347,7 –359,8 83,7
Br2(ж) 0 0 152,3 NaI(к) –284,5 –287,9 91,2
C(графит) 0 0 5,74 Na2CO3(к) –1048 –1129 136,0
С(алмаз) 2,866 1,897 2,38 Ni(к) 0 0 29,86
CO(г) –138,1 –110,5 197,4 NiO(к) –216,5 –239,5 38,0
CO2(г) –394,4 –396,3 213,6 O(г) 231,7 249,18 169,95
COCl2(г) –205,31 –219,5 283,64 O2(г) 0 0 205,0
CH4(г) –50,6 –74,85 186,19 O3(г) 163,4 142,3 238,8
CCl4(г) –63,95 –106,7 309,7 PH3(г) 12,5
CS2(г) 65,06 115,3 237,8 PCl3(г) –267,98 –287,02 311,71
Ca(к) 0 0 41,62 PCl5(г) –305,10 –374,89 364,47
CaO(к) –604,2 –635,1 39,70 Pb(к) 0 0 64,9
Ca(OH)2(к) –896,7 –986,2 76,98 PbO(к) –188,5 –217,8 69,45
CaCO3(к) –1128,8 –1206 92,9 PbO2(к) –219,0 –276,6 76,74
CaCl2(к) –750,2 –785,8 113,8 S(к) 0 0 31,92
CaSO4(г) –1318,3 –1424 106,7 S(г) –238,31 278,81 167,75
Cl2(г) 0 0 223,0 SO2(г) –300,4 –296,9 248,1
F2(г) 0 0 202,9 SO3(г) –370,4 –395,2 256,23
Fe(к) 0 0 27,15 SO2Cl2(р) –318,17 –363,17 311,17
FeO(к) –244,3 –263,7 58,79 SiO
2
(-кварц)
–847,2 853,3 42,09
Fe2O3(к) –741,5 –821,32 89,96 Sn(к) 0 0 51,55
H2(г) 0 0 130,6 Sb(к) 0 0 45,7
H2O(к) –291,85 44,1 Sb2S3(к) –157,7 182,0
H2O(ж) –237,2 –285,84 70,1 Zn(к) 0 0 41,59
H2O(г) –228,4 –241,84 188,8 ZnO(к) –318,2 –349,0 43,5
H2S(г) –33,3 –20,15 205,64 ZnS(к) –239,8 –201 57,7
HF(г) –296,6 –270,7 173,5 SiC(к) –84,0 –86,4 –8
HCl(г) –95,27 –92,30 186,7 B4C(к) –38,3 –38,9 –2
HBr(г) –53,5 –35,98 198,5 SiF4(г) 1572,6 1614 142
HI(г) 1,3 25,4 206,3 CF4(г) 877,9 922,6 150
HNO3(ж) –110,4 –173,2 156,16
H3PO4(к) –1119 –1283,6 176,15
H2SO4(ж) –690,3 –805,0 156,9
I2(г) 19,37 62,24 260,6
I2(ж) 0 0 116,7
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]