8.3 Примеры решения задач

Пример 1

Будет ли протекать химическая реакция: а) при погружении цинка в раствор нитрата серебра, б) при погружении серебра в раствор хлорида магния?

Решение

а) Для выяснения возможности протекания окислительно-восстановительной реакции выпишем из справочника физико-химических величин стандартные электродные потенциалы систем, указанных в примере:

Ag⁺+ e ^- =Ag ⁰_Ag=0,80 В

Zn²⁺+ 2e ^- =Zn ⁰_Zn= -0,76 B

Поскольку ⁰_Ag значительно превышает по величине ⁰_Zn, то цинк будет окисляться, образуя катионы Zn²⁺, а ионы серебра будут восстанавливаться, превращаясь в нейтральные атомы. В результате протекает химическая реакция в соответствии с уравнением

2AgNO₃ + Zn = 2Ag + Zn(NO₃)₂.

б) При погружении серебра в раствор хлорида магния серебро не будет вытеснять магний из его соли, так как ⁰_Ag больше ⁰_Mg (серебро стоит в ряду напряжений правее магния). Серебро не может выступать в роли восстановителя (окисляться), вот почему химическая реакция между серебром и хлоридом магния не протекает.

Пример 2

Стандартные электродные потенциалы олова и свинцы равны -0,14 В и -0,13 В соответственно. Будет ли олово вытеснять свинец из раствора его соли при 25⁰С, если концентрация Sn²⁺ в растворе равна 0,1 моль/л, а концентрация Pb²⁺ составляет 0,001 моль/л?

Решение

Так как стандартные электродные потенциалы олова и свинца близки по величине, то для ответа на вопрос задачи необходимо рассчитать электродные потенциалы систем Pb²⁺ + 2e ^- =Pb и Sn²⁺ + 2e ^- =Sn в условиях, отличных от стандартных. Для этого воспользуемся уравнением Нернста:

.

_Sn = -0,14 + 0,059 : 2 lg0,1 = -0,17 В;

_Zn = -0,13 + 0,059 : 2 lg0,001 = -0,22 В.

Так как потенциал олова в данных условиях больше потенциала свинца, то олово не может выступать в качестве восстановителя, оно не будет вытеснять свинец из раствора его соли.

8.4 Требования к уровню подготовки студентов

• Иметь представление о причинах возникновения двойного электрического слоя на границе «металл – водный раствор его соли».

• Знать понятие стандартного электродного потенциала, иметь представление о его измерении.

• Знать, что такое ряд напряжений металлов, что он характеризует.

• Уметь использовать ряд напряжений металлов для определения направления окислительно-восстановительных реакций с участием металлов и их катионов, а также металлов и кислот.

• Уметь использовать уравнение Нернста для определения электродного потенциала в условиях, отличных от стандартных.

• Знать, что называется коррозией металлов, какие существуют ее виды, в чем их отличие.

• Знать причины возникновения коррозионных микрогальванических элементов, что такое коррозия с водородной и кислородной деполяризацией.

• Уметь составлять уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при электрохимической коррозии.

• Иметь представление о методах защиты металлов от коррозии.

8.5 Задания для самоконтроля

8.5.1 Железные пластинки погружены в водные растворы следующих веществ:KBr; Pb(NO₃)₂; MgSO₄; HCl; AgNO₃; ZnCl₂; H₂SO₄(конц.); H₃PO₄; SnSO₄. С какими веществами будет реагировать железо? Записать уравнения реакций. Какие реакции будут протекать, если заменить железные пластинки медными?

8.5.2 Никелевая и кобальтовая пластинки помещены в водный раствор смеси солей: хлорида кобальта концентрацией 1 моль/л и хлорида никеля концентрацией 10 ^{– 3} моль/л. Возможно ли выделение кобальта на никелевой пластинке, если стандартные электродные потенциалы равны:

Ni²⁺ + 2e ^- =Ni; ⁰= -0,23 В

Co²⁺ + 2e ^- =Co; ⁰= -0,28 В.

8.5.3 Приведите примеры катодных и анодных покрытий для железа. Запишите для этих примеров уравнения процессов, протекающих на катоде и на аноде а) во влажном воздухе, б) в кислой среде при нарушении целостности покрытий.

8.5.4 Медь не вытесняет водород из разбавленной соляной кислоты. Однако, если к медной пластинке, опущенной в эту кислоту, прикоснуться цинковой проволокой, то на меди начинается выделение водорода. Объясните причину этого явления, записав уравнения катодного и анодного процессов.

8.5.5 Какой из перечисленных металлов: а) Cu; б) Mg; в) Ni; г) Pb – может служить в качестве протектора для железной конструкции?

8.5.6 Какой из перечисленных металлов: а) Au; б) Zn; в) Ag; г) Pb – может служить анодным покрытием для кобальта?

8.5.7 Какой из перечисленных металлов: а) Сu; б) Cr; в) Mn; г) Mg – может служить катодным покрытием для кобальта?

8.5.8 Какие из перечисленных металлов: а) Hg; б) Sn; в) Zn; г) Fe – не могут вытеснять H₂ из раствора HCl?

8.5.9 Какие из перечисленных металлов: а) Sn; б) Bi; в) Fe; г) Cr – не могут вытеснять Н₂ из разбавленной H₂SO₄?

8.5.10 Какие из перечисленных металлов: а) Sb; б) Cu; в) Fe; г) Bi – могут вытеснять Sn из раствора SnSO₄?

8.5.11 Какова величина электродного потенциала Mg в 0,1 М растворе MgCl₂ при 25 ⁰С, если стандартный электродный потенциал равен -2,363 В?

8.5.12 Какова величина электродного потенциала Zn в 0,001 М растворе ZnCl₂ при 25 ⁰С, если стандартный электродный потенциал равен -0,763 В?

8.5.13 Какова величина электродного потенциала Ag в 0,001 М растворе AgNO₃ при 25 ⁰С, если стандартный электродный потенциал равен 0,799 В?

8.5.14 Какова величина электродного потенциала Fe в 0,01 М растворе FeCl₃ при 25 ⁰С, если стандартный электродный потенциал равен -0,036 В?

8.6 Список рекомендуемой литературы

8.6.1 Коровин Н.В. Общая химия: Учебник для технических направ. и спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1998. – С. 269 – 275; 311 – 336.

8.6.2 Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов/ Под ред. А.И.Ермакова. – М.: Интеграл-Пресс, 2002. – С. 259 – 272.

8.6.3 Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: Учебное пособие для вузов/ Под ред. В.А.Рабиновича и Х.М.Рубиной. – М.: Интеграл-Пресс, 2002. – С. 156 – 163.