142

4.7. Вопросы для самоконтроля

1. Какие процессы протекают на границе металла с раствором электролита?

2. Стандартный водородный электрод и стандартный электродный потенциал металла.

3. По какому принципу построен ряд напряжений металлов, о каких свойствах металла можно судить по положению его в ряду?

4. Вычисление электродных потенциалов металлов при нестандартных условиях. Уравнение Нернста.

5. Механизм возникновения тока в гальваническом элементе.

6. Схема действия гальванического элемента Даниэля-Якоби (Zn/ZnSO₄ II CuSO₄/Cu).

7. Схема действия гальванического элемента Вольта Zn/ZnSO₄ H₂SO₄2H⁺/H₂ (Cu).

8. Концентрационный гальванический элемент (принцип действия).

9. Поляризация гальванического элемента (катодная и анодная поляризации). Способы уменьшения поляризации.

10. Окислительно-восстановительные процессы, происходящие

при работе свинцового (кислотного) аккумулятора.

11. Устройство щелочных (Fe – Ni, Cd - Ni) аккумуляторов. Литература

1. Глинка Н.Л. Общая химия. - М: Интеграл-Пресс, 2002. Гл. 9.

2. Коровин Н.В. Общая химия, - М. Высш. шк., 2002. Гл. 9.

3. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. - М: Интеграл-Пресс, 2002. Гл.VIII.

4.8. Примеры решения задач

Пример 1. С какими из указанных растворов (FeSO₄, CuSO₄ и Na₂SO₄) будет взаимодействовать никель при стандартных условиях? Написатьуравнения возможных реакций.

Решение. Возможность взаимодействия металла с раствором соли и вытеснения из данного раствора металла, входящего в эту соль, можно определить на основании значений стандартных электродных потенциалов металлов (ряд напряжений). Каждый металл этого ряда вытесняет (восстанавливает) из растворов солей только те металлы, ионы которых расположены за ним, т.е. имеют более высокие значения электродных потенциалов. Из табличных данных (табл. 1 прил. 4.11) находим значения E⁰ _Меⁿ⁺_/Me для никеля и металлов, ионы которых входят в состав солей: E⁰_Ni²⁺_/Ni  - 0,25 B; E⁰ _Fe2+/Fe  -0,44 B; E⁰_Cu²⁺_/Cu = + 0,34 В; E⁰_Na+/Na -2,71 B. Следовательно, из предлагаемых растворов солей никель способен вытеснить только медь, так как E⁰_Cu²⁺_/Cu > E⁰_Ni²⁺_/Ni .

Уравнение реакции

Ni + CuSO₄ = NiSO₄ + Cu

восстановитель Ni Ni²⁺ + 2(процесс окисления),

окислитель Cu²⁺ + 2Cu (процесс восстановления).

Пример 2. Вычислить электродный потенциал меди, находящейся в растворе сульфата меди с концентрацией ионов Cu²⁺ 0,001 моль/л.

Решение. Электродный потенциал металла вычисляется по уравнению Нернста. В табл.1 прил. 4.11. находим значение стандартного электродного потенциала E⁰_Cu²⁺_/Cu = + 0,34 В. Тогда E_Cu²⁺_/Cu = 0,34 + = 0,25 В.

Пример 3. Вычислить электродный потенциал для водородного электрода при температуре 25 ^оС и парциальном давлении Н₂ 1 атм, рН которого равен 3.

Решение. Уравнение Нернста для расчета потенциала водородного электрода в разных средах = - 0,059 рН. Вычисляем= - 0,0593 = - 0,017 В.

Пример 4. Вычислить потенциал кислородного электрода в растворе с концентрацией ионов Н⁺ 10^-1 при температуре 25 ^оС и парциальном давлении О₂ 1 атм.

Решение. Уравнение Нернста для расчета потенциала кислородного электрода в разных средах имеет вид Е_O2+2H2O/4OH- ^{=Е 0}_O2+2H2O/4OH- ^{+ 0,059 рОН. Учитывая, что рН + рОН = 14 и pH = -[H+], вычисляем потенциал кислородного электрода} E_O2+2H2O/4OH- ^{= 0,4+ 0,059 х 13 = 1,167 В.}

Пример 5. Определить направление возможного окислительно-восстановительного процесса в стандартных условиях:

2 NaCl + Fe₂(SO₄)₃ 2 FeSO₄ + Cl₂ + Na₂SO₄

Решение. Для определения направления окислительно-восстановительной реакции необходимо рассчитать разность окислительно-восстановительных потенциалов электродов, участвующих в данном процессе. Реакция будет протекать в направлении, в котором Е положительна.Для электродов Fe³⁺/ Fe²⁺ и Cl₂/ 2Cl^- выпишем соответствующие им значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов (табл.2 прил. 4.11): E⁰ (Fe³⁺/ Fe²⁺) = + 0,77 B; E⁰ (Cl₂/ 2Cl^-) = + 1,36 B. Электрод Cl₂/ 2Cl^- является электродом-окислителем, так как E⁰ (Cl₂/ 2Cl^-) >E⁰ (Fe³⁺/ Fe²⁺); электрод Fe³⁺/ Fe²⁺ выполняет роль электрода-восстановителя.

Е = Е⁰_ок. – Е⁰_восс. = 1,36 – 0,77 = 0,59 В > 0.

Таким образом, рассматриваемая реакция будет протекать в обратном направлении, т.е. справа налево:

2 NaCl + Fe₂(SO₄)₃ 2 FeSO₄ + Cl₂ + Na₂SO₄.

Пример 6. Вычислить ЭДС гальванического элемента Fe/ Fe(NO₃)₂ II AgNO₃/Ag при 0,1 М концентрации раствора Fe(NO₃)₂ и 0,001 М концентрации раствора IIAgNO₃.

Решение.

E _Fe2+/Fe  - 0,44 + 10^-1 = - 0,44 + (-0,0295) = -0,4695 B;

E _Ag+/Ag  + 0,8 + 0,05910^-2 = + 0,682 B.

Следовательно, железный электрод является анодом, серебряный – катодом. ЭДС = Е_к – Е_а = + 0,682 – (- 0,4695) = 1,1515 В.