Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая химия. Учебное пособие-1
.pdf
71
Контрольные задания
Решите окислительно-восстановительные реакции методом полуреакций (ионно-электронный), определите эквивалентную массу окислителя:
1. FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O.
2. MnSO4 + KClO3 + KOH → K2MnO4 + KCl + K2SO4 + H2O.
3. P2O3 + HClO3 + H2O → H3PO4 + HCl.
4. Cr2O3 + KNO3 + KOH → K2CrO4 + KNO2 + H2O.
5. Al + K2Cr2O7 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O.
6. Na2SO3 + KMnO4 + H2O → Na2SO4 + MnO2 + KOH.
7. NaClO + KI + H2SO4 → I2 + NaCl + K2SO4 + H2O.
8. Zn + KNO3 + KOH → NH3 + K2ZnO2 + H2O.
9. PH3 + AgNO3 + H2O → Ag + H3PO4 + HNO3.
10. Fe(OH)3 + Br2 + KOH → K2FeO4 + KBr + H2O.
11. K2Cr2O7 + Na2SO3 + H2O → Cr(OH)3 + Na2SO4 + KOH.
12. P + CuSO4 + H2O → H3PO4 + H2SO4 + Cu.
13. H2O2 + KNO3 + H2SO4 → K2SO4 + NO + H2O + O2.
14. KIO3 + KI + H2SO4 → K2SO4 + H2O + I2.
15. NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr + H2O.
16. AsH3 +KMnO4 + H2SO4 → H3AsO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O.
17. FeCl3 + SO2 + H2O → FeCl2 + H2SO4 + HCl.
18. KNO2 + KMnO4 + H2O → KNO3 + MnO2 + KOH.
19. As2S3 + HNO3 + H2O → H3AsO4 + NO + H2SO4.
20. Cr2(SO4)3 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr + H2O + Na2SO4.
72
РАЗДЕЛ 17. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.
ЭЛЕКТРОЛИЗ. ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
Электролиз — совокупность окислительно-восстановительных процес-
сов, протекающих на электродах при пропускании электрического тока через
раствор или расплав электролита.
На положительном электроде — аноде — проходит процесс отдачи электронов — окисление. На отрицательном электроде — катоде — проходит процесс присоединения электронов — восстановление.
Электролиз расплавов
Если твердую соль (или щелочь) нагреть выше температуры плавления
и поддерживать эту температуру, то твердое вещество будет диссоциировать на
положительно и отрицательно заряженные ионы:
MgCl2 = Mg2+ + 2Cl–.
При электролизе расплава хлорида магния протекают следующие процессы:
– катод (−): Mg2+ + 2ē = Mg0;
– анод (+): 2 Сl– – 2ē = Cl
2
0
.
Электролиз применяется главным образом для получения активных металлов (натрий, магний, алюминий и т.д.).
Электролиз водных растворов
При электролизе водных растворов электролитов в окислительно-восстановительной реакции могут принимать участие не только ионы электролита, но
также молекулы воды и ионы Н+ или ОН–, присутствующие в водном растворе,
при этом между ионами возникает конкуренция.
Для катода:
1) ионы активных металлов, потенциал которых существенно более отрицателен, чем потенциал водородного электрода, стоящих в ряду напряжений
левее марганца, не восстанавливаются. Идет процесс восстановления водорода:
2Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН–.
73
Такие металлы могут быть получены лишь электролизом из расплавлен-
ных солей;
2) ионы слабых металлов, потенциал которых более положителен, чем
потенциал водородного электрода, стоящих в ряду напряжений правее водорода, восстанавливаются:
Сu
2+
+ 2ē = Сu0;
3) ионы металлов средней активности, потенциал которых относительно
мало отличается от потенциала водородного электрода, стоящих в ряду напряжений между алюминием и водородом, восстанавливаются. Идет процесс восстановления и металла, и водорода.
Например, при электролизе раствора сульфата цинка на катоде могут ид-
ти два процесса:
2 Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН–; Е0 = −0,413 (В);
Zn2+ + 2ē = Zn0; Е0 = −0,76 (В).
Для анода (нерастворимого):
1) кислотные остатки бескислородных кислот окисляются.
Например, 2Сl– – 2ē = Cl
2
0
;
2) кислотные остатки кислородсодержащих кислот не окисляются,
окисляться будут молекулы Н2О (в нейтральной и кислой средах) или ионы
ОН– (в щелочной среде):
2Н2О – 4ē = 4 Н+ + О2;
2ОН– – 2ē = ½О2 + Н2О.
Закон Фарадея: масса вещества, выделившегося на электродах при элек-
тролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через
электролит:
96500
I
)В(M
F
I
)В(Mm(В)
ээ
=
=
,
74
где m(В) — масса вещества;
MЭ(В) — молярная масса эквивалента вещества;
I — сила тока, А;
τ — продолжительность электролиза, с;
F — постоянная Фарадея, Кл/моль.
Закон эквивалентов для электрохимических процессов: при прохожде-
нии через различные электролиты одинакового количества электричества массы образующихся или израсходованных веществ пропорциональны их химическим эквивалентам:
эк,2
эк,1
в,2
в,1
M
M
m
m
=
.
Следствие: для выделения в процессе электролиза одного моль эквива-
лентов любого вещества необходимо затратить 96 500 Кулонов (А⸱с) электричества.
Реакции электролиза широко используют для получения химически чи-
стых металлов (рафинирование), нанесения защитного слоя от коррозии. В пищевой промышленности проводят электрохимическое расщепление воды для
получения водорода. Большие объемы этого газа необходимы для гидрогенизации жиров при производстве маргарина.
Пример 1: чему равна сила тока при электролизе раствора в течение 1 ч
40 мин 25 с, если при нормальных условиях на катоде выделилось 1,4 л водорода?
Решение: из закона Фарадея: I =
tМэ
m 96500
=
( )
( )
2
2
96500
НVэ
HV
, так как дан объ-
ем водорода.
А
смольл
мольКлл
I 2
6025/2,11
/965004,1
=
=
.
Пример 2: какая масса гидроксида калия образовалась у катода при элек-
тролизе раствора K2SO4, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода (н.у.)?
Решение:
( )
( )
( )
22
)(
ОVэ
КОНМэ
ОV
КОНm
=
,
( )
( ) ( )
( )
2
2
ОVэ
ОVКОНМэ
КОНm
=
.
( )
мольгКОНМэ /56=
, значит,
( )
.112
/6,5
2,11/56
г
мольл
лмольг
КОНm =
=
75
Задания для самоконтроля
1. Дайте определение реакции электролиза.
2. Раскройте правила конкуренции на катоде при электролизе растворов.
3. Раскройте правила конкуренции на аноде при электролизе растворов.
4. Сформулируйте закон Фарадея.
5. Сформулируйте закон эквивалентов для электрохимических процессов.
Контрольные задания
1. При электролизе раствора хлорида трехвалентного металла при силе
тока 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислите
относительную атомную массу металла. Напишите уравнения электродных
процессов.
2. При электролизе водного раствора нитрата натрия на аноде выделилось
0,112 л газа (н.у.). Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде.
Напишите уравнения электродных процессов.
3. Электролиз водного раствора нитрата серебра проводят на серебряном
аноде при силе тока 4 А в течение 20 мин. Рассчитайте практическую убыль
в весе серебряного анода, если выход по току составляет 87 %.
4. При электролизе водного раствора хлорида кадмия израсходовано
3 434 Кл электричества. Рассчитайте массы продуктов электролиза. Напишите
уравнения электродных процессов.
5. Вычислите количество электричества, которое необходимо пропустить
через раствор сульфата меди для получения 12,1 г металла. Выход по току —
95 %. Напишите уравнения электродных процессов.
6. При электролизе водного раствора гидроксида натрия, продолжитель-
ность которого составила 45 мин, на аноде выделилось 9,6 г газа. Какова была
при этом сила тока? Напишите уравнения электродных процессов.
7. Электролиз водного раствора хлорида натрия проводят при силе тока
3 А в течение 1 ч 20 мин. Рассчитайте массы продуктов электролиза. Напишите
уравнения электродных процессов.
8. При электролизе водного раствора сульфата никеля током 10 А в течение 5 ч на катоде выделилось 53,21 г никеля. Вычислить выход по току. Напишите уравнения электродных процессов.
9. Деталь хромируется в водном растворе Cr2(SO4)3. Определить продолжительность электролиза, если на поверхность детали при силе тока 3 А необходимо нанести 1,3 г хрома и если выход по току принять равным 40 %. Напишите уравнения электродных процессов.
76
10. Электролиз раствора MnSO4 проводят при силе тока, равной 5 А. Вы-
числите выход металла — покрытия (марганца) по току, если в течение 1 ч на
поверхности детали образовалось 3,078 г чистого марганца. Напишите уравнения электродных процессов.
11. Рассчитайте силу тока, если при электролизе водного раствора сульфата цинка в течение 3,5 ч выделилось 5 л кислорода. Напишите уравнения
электродных процессов.
12. При электролизе одного из соединений олова ток силой в 10 А за
3 мин выделил на электродах металл массой 0,554 г и хлор объемом 209 мл
(н.у.). Найдите формулу этого соединения. Напишите уравнения электродных
процессов.
13. В результате электролиза водного раствора соли некоторого металла
на катоде выделилось 5,49 г двухвалентного металла. Процесс шел при силе то-
ка 6 А в течение 45 мин. Вычислите молярную массу эквивалента, атомную
массу и установите этот металл. Напишите уравнения электродных процессов.
14. При электролизе водного раствора сульфата меди масса продукта, выделившегося на катоде, составила 4,7 г. Вычислите продолжительность электролиза, если процесс шел при силе тока 4 А. Напишите уравнения электродных процессов.
15. Рассчитайте количество электричества, которое необходимо затратить
для электролиза водного раствора нитрата серебра на серебряном аноде, чтобы
его масса уменьшилась на 5,4 г. Напишите уравнения электродных процессов.
16. Электролиз водного раствора сульфата натрия проводили в течение
5 ч при силе тока 3 А. Вычислите массы продуктов электролиза на катоде
и аноде. Напишите уравнения электродных процессов.
17. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде при электролизе
водного раствора хлорида меди, если на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.).
Напишите уравнения электродных процессов.
18. Вычислите количество электричества, необходимое для получения
120 г гидроксида натрия при электролизе водного раствора хлорида натрия.
Выход по току — 95 %. Напишите уравнения электродных процессов.
19. В результате электролиза водного раствора гидроксида калия на аноде
выделилось 6,4 г газа. Вычислите объем газа (н.у.), выделяющийся на катоде.
Напишите уравнения электродных процессов.
20. Вычислите массы веществ, выделяющиеся на электродах при электролизе водного раствора бромида калия. Процесс вели при силе тока 15 А
и в течение 1 ч 35 мин. Напишите уравнения электродных процессов.
77
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Глинка, Н.Л. Общая химия. В 2 томах. Т. 1 : учебник для вузов /
Н.Л. Глинка ; под редакцией В.А. Попкова, А.В. Бабкова. — 20-е изд., перераб.
и доп. — Москва : Юрайт, 2023. — 353 с.
2. Глинка, Н.Л. Общая химия. В 2 томах. Т. 2 : учебник для вузов /
Н.Л. Глинка ; под редакцией В.А. Попкова, А.В. Бабкова. — 20-е изд., перераб.
и доп. — Москва : Юрайт, 2023. — 379 с.
3. Глинка, Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии : учебно-прак-
тическое пособие / Н.Л. Глинка ; под редакцией В.А. Попкова, А.В. Бабкова. —
14-е изд. — Москва : Юрайт, 2023. — 236 с.
4. Практикум по общей химии : учебное пособие для вузов / Н.Л. Глинка ;
под редакцией В.А. Попкова, А.В. Бабкова, О.В. Нестеровой. — Москва :
Юрайт, 2023. — 248 с.
5. Князев, Д.А. Неорганическая химия для аграриев. В 2 частях. Ч. 1. Тео-
ретические основы : учебник для вузов / Д.А. Князев, С.Н. Смарыгин. —
5-е изд., перераб. и доп. — Москва : Юрайт, 2023. — 253 с.
6. Смарыгин, С.Н. Неорганическая химия. Практикум : учебно-практичес-
кое пособие / С.Н. Смарыгин, Н.Л. Багнавец, И.В. Дайдакова. — Москва :
Юрайт, 2022. — 414.
7. Хайдукова, Е.В. Неорганическая химия : методические указания /
Е.В. Хайдукова. — Вологда : Молочное : Изд-во ВГМХА, 2016. — 82 с.
8. Хайдукова, Е.В. Неорганическая химия : задачник / Е.В. Хайдукова. —
Вологда : Молочное : Изд-во ВГМХА, 2018. — 35 с.
78
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
79
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. НАЗВАНИЯ ВАЖНЕЙШИХ КИСЛОТ
И ИХ СОЛЕЙ
Кислота
Название кислоты
Название соли
НАlO2
Метаалюминиевая
Метаалюминат
H3AsO4
Мышьяковая
Арсенат
H3AsO3
Мышьяковистая
Арсенит
Н3ВО3
Ортоборная (борная)
Ортоборат (борат)
Н2В4О7
Тетраборная
Тетраборат
НВr
Бромоводородная
Бромид
HCOOH
Муравьиная
Формиат
СН3СООН
Уксусная
Ацетат
HCN
Циановодородная
Цианид
Н2СО3
Угольная
Карбонат
Н2С2О4
Щавелевая
Оксалат
НС1
Хлороводородная
Хлорид
HClO
Хлорноватистая
Гипохлорит
HClO2
Хлористая
Хлорит
НСlO3
Хлорноватая
Хлорат
HClO4
Хлорная
Перхлорат
Н2СrO4
Хромовая
Хромат
Н2Сr2О7
Двухромовая
Дихромат
HJ
Иодоводородная
Иодид
НМnО4
Марганцовая
Перманганат
HNO2
Азотистая
Нитрит
HNO3
Азотная
Нитрат
Н3РО4
Ортофосфорная (фосфорная)
Ортофосфат (фосфат)
H2S
Сероводородная
Сульфид
HCNS
Родановодородная
Роданид
H2SO3
Сернистая
Сульфит
H2SO4
Серная
Сульфат
H2S2O3
Тиосерная
Тиосульфат
H2Se
Селеноводородная
Селенид
H2SeO4
Селеновая
Селенат
H2SiO3
Кремниевая
Силикат
HVO3
Ванадиевая
Ванадат
H2WO4
Вольфрамовая
Вольфрамат
80
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]