Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая и коллоидная химия. Практикум
.pdf
2. Почему в железной бочке можно хранить концентри‑
рованную и нельзя хранить разбавленную серную кислоту?
Почему никель устойчив в щелочных растворах?
3. К какому типу покрытий относится олово на стали
и на меди? Какие процессы будут протекать при атмосфер‑
ной коррозии луженых стали и меди в кислой среде? Напи‑
шите уравнения катодных и анодных процессов.
4. Приведите примеры катодных и анодных покрытий
для кобальта. Составьте уравнения катодных и анодных
процессов во влажном воздухе и в растворе соляной кисло‑
ты при нарушении целостности покрытия.
5. В чем заключается сущность протекторной защиты
металлов от коррозии? Приведите пример протекторной
защиты железа в электролите с кислой средой. Составьте
уравнения анодного и катодного процессов.
6. Напишите уравнения электродных реакций, проте‑
кающих при катодной защите стальных труб.
Задачи
1. Вычислите потенциал никелевого электрода, по‑
груженного в 200 мл раствора, содержащего 0,12 г нитрата
никеля. φ 0
2 +
Ni
/Ni
= – 0,23 B.
2. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состо‑
ящего из стандартных цинкового и серебряного электродов,
если φ
0Zn 2 +
= – 0,763 B, а φ
/Zn
0Ag+
= 0,799 B. Напишите схему
/Ag
гальванического элемента и реакции на электродах.
3. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состо‑
ящего из стандартных водородного и цинкового электродов.
Составьте схему гальванического элемента и уравнения ре‑
акций, протекающих на электродах, если известно, что φ 0
2 +
= –0,763 B.
Zn
/Zn
4. Составьте схему свинцово‑цинкового гальвани‑
ческого элемента, напишите реакции на электродах, рас‑
81
считайте ЭДС, если φ
а концентрации [Рb
2 +
0Zn 2 +
= – 0,763B, φ 0
/Zn
] = 0,01 моль/л; [Zn
2 +
= – 0,126B,
Pb
/Pb
2 +
] = 0,05 моль/л.
5. Вычислите потенциал свинцового электрода, по‑
груженного в 200 мл раствора, содержащего 0,1 г Рb (NO3)2
2 +
(φ 0
= – 0,126 B).
Pb
/Pb
6. Составьте схему гальванического элемента, при ра‑
боте которого протекает реакция Ni + Рb (NО3)2 = Ni (NO3)2
+ Рb. Напишите уравнения реакций, протекающих на элек‑
тродах, рассчитайте ЭДС, если [Ni
0,01 моль/л (φ 0
2 +
= – 0,126 B, φ 0
Pb
/Pb
2 +
] = 0,01 моль/л; [Рb
2 +
= – 0,23 B).
Ni
/Ni
2 +
] =
7. Рассчитайте электродвижущую силу Fе‑Рb галь‑
ванического элемента, если концентрации Fе (NО3)2 и Рb
(NО3)2 равны 0,1 M.
8. Имеется Ni‑Со гальванический элемент, кон‑
центрация электролита Со
центрацию Ni
2 +
в условиях, когда потенциал никеля ра‑
2 +
равна 1 M. Рассчитайте кон‑
вен нормальному электродному потенциалу кобальта
(φ 0
2 +
=–0,276B, φ 0
Co
/Co
2 +
Ni
=–0,23B).
/Ni
9. Электродвижущая сила Сu‑Zn гальванического
элемента равна 1,04 В. Рассчитайте концентрацию ионов
меди в медном электролите. Концентрация цинкового элек‑
тролита 0,1 M. φ
0Zn 2 +
= – 0,763B, φ 0
/Zn
Cu
2 +
/Cu
= 0,34 B.
10. Рассчитайте потенциал никелевого электрода, по‑
груженного в 400 мл раствора, содержащего 0,24 г нитрата
никеля (φ 0
2 +
Ni
/Ni
= – 0,23 B).
11. Рассчитайте концентрацию раствора Ni (NO3)2,
если ЭДС Ni‑Со гальванического элемента равна 0. Концен‑
трация Со (NО3)2 составляет 0,1 M (φ 0
2 +
= –0,276 B).
Co
/Co
2 +
= – 0,23 B, φ 0
Ni
/Ni
12. При работе гальванического элемента на электро‑
дах протекают процессы: Zn 0–2e → Zn
; Рb
2 +
+ 2e → Рb
0.
2 +
Составьте схему гальванического элемента и рассчитай‑
те ЭДС, если [Zn
–0,763 B, φ 0
2 +
Pb
/Pb
2 +
] = 0,05 М, а [Рb
=–0,126 B).
2 +
] = 0,01 М (φ 0
2 +
=
Zn
/Zn
82
13. Вычислите потенциал свинцового электрода, по‑
груженного в 200 мл раствора, содержащего 0,1 г Рb (NО3)2,
2 +
(φ 0
= – 0,126 B).
Pb
/Pb
14. Вычислите потенциал алюминиевого электрода,
погруженного в 120 мл раствора, содержащего 0,1 г А1 С13;
3 +
(φ 0
Al
/Al
= – 1,66 B).
15. Составьте схему гальванического элемента, при
работе которого протекают процессы Сu 0–2e → Сu
Аg+ + e → Аg. Рассчитайте ЭДС этого элемента, если [Сu
2 +
2 +
]=
= [Аg+] = 0,001 моль/л.
16. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состо‑
ящего из стандартных водородного и медного электродов,
если [СuSО4] = 0,001 М. Напишите уравнения реакций, про‑
текающих на электродах.
17. Напишите уравнения реакций, протекающих
на электродах гальванического элемента: Рb|0,001 М Рb
(NO3)2 ||1 М Рb (NO3)2 |РЬ; φ
0Pb 2 +
= – 0,126 B. Рассчитайте
/Pb
ЭДС.
18. Вычислите потенциал цинкового электрода, по‑
груженного в 150 мл раствора, содержащего 0,2 г ZnSО4.
2 +
(φ 0
Zn
/Zn
=‑0,763 B).
19. Вычислите ЭДС медно‑таллиевого гальваническо‑
го элемента в стандартных условиях, если φ 0
2 +
φ 0
Cu
= 0,34 B.
/Cu
= – 0,005 B,
Tl+/Tl
20. Вычислите ЭДС гальванического элемента, образо‑
ванного никелевым электродом, погруженным в 0,05 М рас‑
твор NiSО4, и медным электродом, погруженным в 0,02 М
раствор СuSО4 (φ 0
2 +
Cu
/Cu
= 0,34 B, φ
0Ni 2 +
= – 0,23 B).
/Ni
21. Вычислите потенциал магниевого электрода, по‑
груженного в 150 мл раствора, содержащего 0,16 г МgSO4;
2 +
φ 0
Mg
= – 2,38 B.
/Mg
22. Составьте схемы двух гальванических элемен‑
тов, в одном из которых кадмий является анодом, а в дру‑
;
83
гом – катодом. Напишите уравнения реакций, протекающих
на электродах.
23. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состо‑
ящего из кадмиевого и серебряного электродов, если [Сd+2]
= [Аg+] = 0,001 М. Напишите уравнения процессов, проте‑
кающих на электродах.
24. Что является восстановителем, а что окислителем
в гальваническом элементе, состоящем из меди, погружен‑
ной в раствор СuSО4, и серебра, погруженного в раствор
АgNO3. Составьте схему этого элемента, уравнения про‑
цессов, протекающих на электродах. Рассчитайте ЭДС это‑
го элемента, если [Сu
φ 0
Ag+/Ag
= 0,80 B).
2 +
] = [Аg+] = 1 M (φ 0
Cu
2 +
= 0,34B,
/Cu
25. Вычислите ЭДС магний‑никелевого гальваниче‑
ского элемента, если [Мg
2 +
] = [Ni
2 +
] =1 M. Напишите уравне‑
ния процессов, протекающих на электродах. Изменится ли
величина ЭДС, если [Мg
2 +
] и [Ni
2 +
] понизить до 0,01 M. От‑
вет мотивируйте.
26. Составьте уравнения процессов, протекающих
на электродах цинк‑кадмиевого гальванического элемен‑
та, [Zn
2 +
]= [Сd
2 +
] = 0,01 M (φ
0Zn 2 +
= –0,763 B, φ 0
/Zn
Cd
2 +
=
/Cd
= –0,40 B).
27. Вычислите ЭДС гальванического элемента, со‑
ставленного из никелевого электрода, погруженного
в раствор NiSО4, в котором [Ni
2 +
] = 0,01 M, и серебряно‑
го, погруженного в раствор электролита с концентрацией
[Аg+] =2 M; (φ 0
2 +
= –0,23 B, φ 0
Ni
/Ni
Ag+/Ag
= +0,80 B).
28. Вычислите ЭДС кадмий‑ртутного гальвани‑
ческого элемента, если [Сd
(φ 0
2 +
= +0,85 B, φ 0
Hg
/Hg
Cd
2 +
/Cd
2 +
] = 1 M; [Нg
= –0,40 B).
2 +
] = 0,01 M;
29. Вычислите электродный потенциал меди, погру‑
женной в раствор СuSО4 с концентрацией [Сu
2 +
(φ 0
Cu
= 0,34 B).
/Cu
2 +
]= 0,01M;
84
30. Вычислите ЭДС гальванического элемента, в ко‑
тором [Zn
2 +
φ 0
Zn
/Zn
= –0,763 B).
2 +
] = 1 M; [Ni
2 +
] = 0,1 M; (φ 0
2 +
Ni
/Ni
= –0,23 B,
31. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, со‑
ставленного из железной и свинцовой пластинок, опу‑
щенных в 0,1 M растворы их азотно‑кислых солей. Напи‑
шите уравнения процессов, протекающих на электродах.
(φ 0
2 +
= –0,44 B, φ 0
Fe
/Fe
2 +
Pb
/Pb
= –0,13 B).
32. Вычислите ЭДС гальванического элемента, со‑
стоящего из серебряного и кобальтового электродов, если
[Аg+] = 0,1 M, а [Со
φ 0
Ag+/Ag
= 0,80 B).
2 +
] = 0,001 M (φ
0Co 2 +
= –0,277 B,
/Co
Лабораторная работа № 7
Составление гальванических элементов различных типов
и исследование их свойств
Цель работы: собрать гальванические элементы раз‑
личных типов и изучить их работу.
Реактивы: растворы CuSO4 (0,01 М), ZnSO4 (0,01 М
и 1 М), MnSO4 (1 М), K2SO4 (1 М), K2SO3 (1 М), NaCl (1 M),
H2SO4 (3 M и 2 н), НСl (2 н), НNO3 (конц.), К3 [Fe (CN)6],
фенолфталеин, уротропин.
Приборы и материалы: микрогальванометр, пробир‑
ки, стальные пластины, железный гвоздь, пластины оцинко‑
ванного и луженого железа, гранулы цинка, медная и алю‑
миниевая проволока.
Опыт 1. Измерение ЭДС медно-цинкового элемента
Соберите гальванический элемент по следующей схеме:
Zn|ZnSO4 ||КСl ||СuSО4 |Сu
Для этого наполовину заполните один из стаканов 1 М
раствором сульфата цинка, а другой – 1 М раствором сульфа‑
та меди. Соедините оба стакана солевым мостиком, запол‑
85
ненным насыщенным раствором хлорида калия. Опустите
в раствор сульфата цинка хорошо очищенный цинковый
электрод, а в раствор сульфата меди – медный. Соедините
оба электрода токопроводящей медной проволокой с воль‑
тметром. Наблюдайте отклонение стрелки вольтметра. За‑
пишите полученное значение ЭДС. Напишите уравнения
происходящих на электродах процессов и суммарное урав‑
нение химической реакции, в результате которой в гальва‑
ническом элементе образуется ток. Измерьте с помощью
термометра температуру раствора и рассчитайте теоретиче‑
ское значение ЭДС данного элемента по уравнению Нерн‑
ста. Сравните это значение с найденным экспериментально.
Опыт 2. Измерение ЭДС концентрационного гальванического элемента
Соберите концентрационный гальванический элемент
по следующей схеме:
Zn|0,01 М ZnSO4 ||КСl ||1 М ZnSО4 |Zn
Для этого наполните два стакана растворами сульфата
цинка разной концентрации: 1 М и 0,01 М. Соедините стака‑
ны солевым мостиком. Опустите в каждый стакан цинковые
электроды и соедините их медной проволокой с вольтметром.
Запишите полученное значение ЭДС. Измерьте температуру
раствора. С помощью уравнения Нернста рассчитайте значе‑
ния электродных потенциалов для каждого электрода и вы‑
числите ЭДС концентрационного гальванического элемента.
Сравните его с найденным экспериментально.
Опыт 3. Измерение ЭДС окислительно-восстановительного элемента
Соберите окислительно‑восстановительный гальвани‑
ческий элемент по следующей схеме:
С|SО
2‑
3
, SО
2‑
||КСl ||МnО
4
‑
, Н+, Мn
4
2 +
|С
86
Для этого в один стакан налейте 50 мл 1 М раствора
сульфита калия и 2–3 капли 1 М раствора сульфата калия.
В другой стакан налейте 50 мл 1 М раствора пермангана‑
та калия, подкислите его 10 каплями 3 М раствора серной
кислоты и добавьте 2–3 капли 1 М раствора сульфата мар‑
ганца. Соедините стаканы солевым мостиком. Опустите
в каждый стакан графитовые электроды и соедините их
с вольтметром. Измерьте и запишите полученное значение
ЭДС гальванического элемента. Составьте суммарное урав‑
нение окислительно‑восстановительной реакции, на основе
которой образуется электрический ток в данном элементе.
Лабораторная работа № 8
Исследование коррозии металлов и способов
защиты металлов от коррозии
Цель работы: исследовать коррозию металлов и озна‑
комиться со способами защиты металлов от коррозии.
Реактивы: CuSO4 (0,01 М), NaCl (1 M), H2SO4 (3 M
и 2 н), НСl (2 н), НNO3 (конц.), К3 [Fe (CN)6], фенолфталеин,
уротропин.
Приборы и материалы: пробирки, стальные пласти‑
ны, железный гвоздь, пластины оцинкованного и луженого
железа, гранулы цинка, медная и алюминиевая проволока.
Опыт 1. Коррозия при контакте двух металлов
Налейте в пробирку 15 капель 2 М раствора Н2SО4 и опу‑
стите гранулу цинка. Наблюдайте выделение пузырьков газа
и составьте уравнение реакции его образования. Опустите
в раствор кислоты, не касаясь цинка, медную проволоку. Убе‑
дитесь, выделяется ли на ней газ. Коснитесь медной прово‑
локой гранулы цинка и обратите внимание, на каком металле
стали выделяться пузырьки газа. Объясните наблюдаемые яв‑
ления. Составьте схему гальванической цепи, образующейся
при контакте цинка с медью, и схемы электродных процессов.
87
Опыт 2. Обнаружение анодных и катодных
участков
Зачистите наждачной бумагой и обезжирьте спиртом
примерно 1/3 стальной пластинки длиной 10–15 см. Нане‑
сите на очищенную часть пластины 3 капли раствора фер‑
роксил‑индикатора, содержащего NаС1, К3 [Fе (СN)6] и фе‑
нолфталеин. Через некоторое время наблюдайте изменение
окраски в центре капли и по ее краям. Отметьте цвет окра‑
ски и поясните, какие составные части ферроксил‑индика‑
тора способны вызвать подобное окрашивание.
Составьте схему гальванической цепи микрогальва‑
нического (коррозийного) элемента и схемы электродных
процессов, принимая анодом – железо, катодом – его карбид
Fе3 С, а электролитом – (Н2 О + О2).
Опыт 3. Коррозия оцинкованного и луженого
железа
Нанесите на поверхности оцинкованной и луженой пла‑
стинок по глубокой царапине. Поместите на поврежденный
участок каждой пластинки по 3 капли раствора, содержаще‑
го Н2SО4 и К3 [Fе (СN)6]. Через некоторое время наблюдайте
выделение пузырьков газа и появление синего окрашивания
на луженой пластинке и желтого на оцинкованной.
Составьте схемы гальванических элементов Fе‑Zn
и Fе‑Sn, погруженных в раствор Н2SО4. Напишите уравне‑
ния реакций, протекающих на аноде и катоде, а также сум‑
марные уравнения этих процессов. Составьте уравнения ре‑
акций взаимодействия солей цинка и железа с К3 [Fе (СN)6].
Опыт 4. Влияние ионов-активаторов на коррозию
алюминия
В две пробирки опустите по кусочку алюминиевой про‑
волоки, прилейте по 10 капель 1 н раствора СuSО4 и 5 ка‑
пель 2 н раствора Н2SО4. В одну из пробирок добавьте 5 ка‑
пель 1 н раствора NаС1. Через некоторое время наблюдайте
88
образование красного налета на алюминиевой проволоке.
В какой пробирке этот процесс идет активнее и почему?
Составьте уравнение реакции взаимодействия алюминия
с сульфатом меди (II).
Объясните выделение пузырьков газа в пробирке
с NaС1. Составьте схему гальванического элемента, состоя‑
щего из двух электродов Аl и Cu в среде Н2SО4, схемы элек‑
тродных процессов и суммарное уравнение.
Опыт 5. Защита металлов от коррозии
А. Оксидирование термическим путем
Зачистите наждачной бумагой стальную пластинку
длиной 10–15 см и конец её закрепите в лапке штатива. Под
другой конец пластинки поставьте спиртовку и нагревайте
пластинку до появления цветов «побежалости» (сине‑зе‑
леного окрашивания) на расстоянии 5–6 см от края. Пре‑
кратите нагревание, дайте пластинке остыть и нанесите
на прокаленную и непрокаленную части её на расстоянии
1 см друг от друга по 3 капли 1 н раствора СuSO4. Отметьте
скорость появления медных пятен и сделайте вывод о за‑
щитном действии оксидных пленок.
Составьте уравнения реакций образования Fе2 О3 и вы‑
теснения меди из раствора СuSО4.
Б. Пассивирование железа
Зачистите наждачной бумагой железный гвоздь и опу‑
стите его в пробирку с 1 мл 2 н раствора Н2SО4. Наблюдайте
интенсивное выделение пузырьков газа. Налейте в другую
пробирку 1 мл концентрированной HNO3 и перенесите в неё
железный гвоздь из первой пробирки.
Через 2–3 мин перенесите гвоздь из второй пробирки
в первую, предварительно промыв его дистиллированной
водой. Изменилась ли интенсивность выделения пузырьков
газа? Дайте пояснение.
89
В. Защитное действие ингибиторов
Налейте в две пробирки по 7 капель 2 н раствора НСl,
опустите в каждую пробирку по грануле цинка. Когда вы‑
деление пузырьков газа станет довольно интенсивным, до‑
бавьте в одну из пробирок несколько кристалликов уротро‑
пина. Объясните происходящие изменения.
6. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Вещество в конденсированном состоянии обладает
поверхностной энергией, обусловленной нескомпенсиро‑
ванностью силовых полей частиц на поверхности раздела
фаз. Термин «поверхностная энергия» обычно используется
применительно к границе раздела фаз газ – твердое тело.
Для границы раздела жидкость – жидкость, жидкость –
твердое тело применяют термин «межфазная энергия». Для
границы раздела фаз жидкость – газ (пар) обычно исполь‑
зуют термин «удельная (на 1 м 2) поверхностная энергия»,
называемая поверхностным натяжением, которое равно ра‑
боте образования единицы площади раздела фаз (Дж/м 2).
Обычно под поверхностной энергией понимается энергия
Гиббса образования поверхности DG. Она равна произведе‑
нию удельной поверхностной энергии σ на площадь поверх‑
ности раздела фаз S: DG = σ ·S.
Удельная поверхностная энергия определяется природой
вещества. Чем выше энергия взаимодействия между частица‑
ми вещества, тем выше удельная поверхностная энергия.
Вследствие наличия поверхностной энергии на грани‑
це раздела фаз происходит накопление тех или иных частиц.
Изменение концентрации вещества на границе раздела фаз
называется адсорбцией. Адсорбция – это разновидность
сорбции, т. е. поглощение одного вещества другими веще‑
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]