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.Коровин Н.В. Общая химия, М. Высшая школа, 2002, гл. 9.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 (Приложение 4.11, табл. 4.1.) 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⁺ + 2 Cu (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 таблице 4.1. приложения 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 = - 0,059 3 = - 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 : E_{O2+2H2O/4OH- =} E⁰_O2+2H2O/4OH- ^{+ 0,059 рОН. Учитывая, что рН + рОН = 14 и pH = -[H+], вычисляем} E_O2+2H2O/4OH- ^{= 0,4+ 0,059 х 13 = 1,167 В.}

Пример 5. Определить направление возможного окислительно-восстановительного процесса:

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

Решение: Для определения направления окислительно-восстановительной реакции необходимо рассчитать ЭДС как разность окислительно-восстановительных потенциалов электродов, участвующих в данном процессе. Реакция будет протекать в направлении, в котором ЭДС положительна. Для электродов Fe³⁺/ Fe²⁺ и Cl₂/ 2Cl^- выпишем соответствующие им значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов (Приложение 4.11, табл 4.2.): E⁰ (Fe³⁺/ Fe²⁺) = + 0,77 B; E⁰ (Cl₂/ 2Cl^-) = + 1,36 B. Электрод Cl₂/ 2Cl^- является катодом, т.е. электродом-окислителем; электрод Fe³⁺/ Fe²⁺ выполняет роль анода, т.е. 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.