Темa 10. “електрохімічні процеси”

Завдання 10.1

1. У чому сутність електрохімічних процесів?

2. Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів та обчисліть ЕРС і потенціал Гіббса гальванічного елемента, що складається зі свинцевої й маґнієвої пластин, занурених відповідно у розчини з [Pb²⁺] = 0,1 моль/л та [Mg²⁺] = =0,01 моль/л.

3. Напишіть рівняння електродних процесів, що перебігають при електролізі водних розчинів нітрату барію та хлориду олова (ІІ) з інертними електродами, а для SnCl₂ також із олов’яним анодом.

4. Електроліз розчину K₂SO₄ проводили за сили струму 5 А протягом 3 год. Напишіть рівняння реакцій, що перебігають на електродах, обчисліть об’єм газоподібних речовин, що виділяються, а також теоретичний потенціал розкладу електроліту.

Завдання 10.2

1. Поясніть процес виникнення електродного потенціалу.

2. Складіть схеми двох гальванічних елементів, у одному з яких цинк є анодом, а в іншому катодом. Напишіть рівняння реакцій, що перебігають та обчисліть ЕРС і ΔG гальванічних елементів, якщо [Zn²⁺] = 0,001 моль/л біля анода та 0,01 моль/л біля катода, а концентрація йонів іншого металу є одиничною.

3. Напишіть рівняння електродних процесів, що перебігають при електролізі водних розчинів сульфату заліза (ІІ) та йодиду калію з платиновими електродами, а для FeSO₄ також із залізним анодом.

4. Які речовини та у якій кількості утворилися при електролізі розчину Na₂SO₄ при силі струму 7 А за 5 год. Обчисліть стандартну ЕРС поляризації.

Завдання 10.3

1. Поясніть, як визначають стандартний електродний потенціал металу. Напишіть рівняння Нернста.

2. Складіть схеми двох гальванічних елементів, у одному з яких мідь є анодом, а в іншому катодом. Обчисліть ЕРС і ΔG гальванічних елементів, якщо [Cu²⁺] = 0,001 моль/л біля аноду та 0,01 моль/л біля катода, а концентрація йонів іншого металу є одиничною.

3. Складіть схеми електролізу водних розчинів MgSO₄ та NiCl₂ з інертними електродами, а для NiCl₂ також із нікелевим анодом.

4. Електроліз розчину сульфату деякого металу проводили за сили струму 6 А протягом 45 хв, у підсумку чого на катоді виділилось 3,49 г металу. Обчисліть еквівалент металу.

Завдання 10.4

1. Поясніть принцип роботи гальванічного елемента на прикладі цинк-мідного елемента.

2. Які хімічні процеси відбуваються біля електродів гальванічного елемента, що складається з мідної та срібної пластин, занурених відповідно у розчини нітратів цих металів з [Сu²⁺] = 0,1 моль/л та [Ag⁺] = 0,01 моль/л. Обчисліть ЕРС і ΔG цього елемента.

3. У якій послідовності виділятимуться метали при електролізі розчину, що містить в однаковій концентрації сульфати нікелю, срібла (І) та міді(ІІ)?

4. Електроліз розчину ZnSO₄ проводили протягом 5 год, у підсумку чого виділилось 6 л кисню (н.у.). Обчисліть силу струму та теоретичний потенціал розкладу розчину ZnSO₄.

Завдання 10.5

1. Поясніть, як можна обчислити ЕРС гальванічного елемента.

2. Гальванічний елемент складається з магнієвої та залізної пластин, занурених у молярні розчини відповідних сульфатів. Напишіть рівняння реакцій, що перебігають і знайдіть ЕРС і ΔG цього елемента.

3. Складіть схеми електролізу водних розчинів сульфату натрію та нітрату срібла (І) з інертними електродами, а для AgNO₃ також із срібним анодом.

4. Які речовини виділятимуться на вугільних електродах при електролізі водного розчину NaІ? Визначте стандартну ЕРС поляризації.

Завдання 10.6

1. Опишіть принцип дії оборотного гальванічного елемента. Наведіть приклади таких елементів.

2. Складіть схему гальванічного елемента, що складається зі свинцевої та залізної пластин, занурених відповідно у розчини нітратів з [Pb²⁺] = 0,01 моль/л та [Fe²⁺]= =0,001 моль/л. Обчисліть ЕРС і ΔG цього гальванічного елемента.

3. Напишіть рівняння електродних процесів, що перебігають при електролізі водних розчинів: а) нітрату кальцію та б) сірчаної кислоти з платиновими електродами.

4. При електролізі розчину AgNO₃ маса срібного анода зменшилась на 5,4 г. Скільки кулонів електрики пройшло через розчин? Обчисліть теоретичний потенціал розкладу розчину AgNO₃.

Завдання 10.7

1. Який електрод називається водневим? Для чого його застосовують?

2. Складіть схему гальванічного елемента, в основі якого лежить наступна реакція: Ni + Pb(NO₃)₂ → Ni(NO₃)₂ + Pb. Напишіть окисно-відновні рівняння анодного та катодного процесів. Обчисліть ЕРС і ΔG цього елемента, якщо [Pb²⁺] = 0,1 моль/л та [Ni²⁺] = 0,01 моль/л.

3. Складіть схеми електролізу розплавів хлориду натрію та сульфату нікелю.

4. Які речовини та у якій кількості виділяться на вугільних електродах при електролізі розчину KBr протягом однієї години при силі струму у 15 А? Обчисліть стандартну ЕРС поляризації.

Завдання 10.8

1. Опишіть принцип роботи концентраційного гальванічного елемента. Наведіть приклади таких елементів

2. Обчисліть ЕРС і потенціал Гіббса гальванічного елемента, утвореного кадмієвим і мідним електродами, зануреними відповідно у розчини їхніх солей із концентраціями 0,01 моль/л. Напишіть рівняння відповідних електродних процесів

3. Складіть схеми електролізу водних розчинів нітрату олова (ІІ) та йодиду калію з інертними електродами, а для Sn(NO₃)₂ також із олов’яним анодом.

4. При електролізі розчину ZnCl₂ на катоді виділилось 0,25 г водню. Скільки грамів хлору виділиться на аноді? Обчисліть теоретичний потенціал розкладу розчину ZnCl₂.

Завдання 10.9

1. Як пов’язані між собою електрична робота гальванічного елемента та його ЕРС?

2. Складіть схеми двох гальванічних елементів, у одному з яких нікель є анодом, а в іншому катодом. Напишіть рівняння відповідних електродних процесів, що перебігають.

3. Складіть схеми електролізу водних розчинів нітрату свинцю (ІІ) та сірчаної кислоти з платиновими електродами, а для Pb(NO₃)₂ також зі свинцевим анодом.

4. При пропусканні однієї й тієї ж кількості електрики крізь розчини хлоридів нікелю та цинку на одному з катодів виділилось 0,5 г нікелю. Обчисліть масу цинку, що виділилась з іншого розчину та стандартну ЕРС поляризації при електролізі розчину NiCl₂.

Завдання 10.10

1. Як обчислити ЕРС концентраційного гальванічного елемента?

2. Складіть схему та обчисліть ЕРС і ΔG гальванічного елемента, що складається зі срібних електродів, занурених у розчини нітрату срібла відповідно з молярною концентрацією 0,1 моль/л та 0,01 моль/л. Напишіть рівняння відповідних електродних процесів.

3. Напишіть рівняння електродних процесів, що перебігають при електролізі водних розчинів хлориду кальцію та нітрату міді (ІІ) з вугільними електродами, а для Cu(NO₃)₂ також із мідним анодом.

4. Обчисліть силу струму, якщо при електролізі розчину MgCl₂ протягом 30 хв на катоді виділилось 3,4 л водню (н.у.). Обчисліть стандартну ЕРС поляризації при електролізі розчину MgCl₂.

Завдання 10.11

1. Дайте визначення поняття “електроліз”.Типи електролізу. Приклади.

2. Складіть схеми двох гальванічних елементів, у одному з яких свинець є анодом, а в іншому катодом. Напишіть рівняння реакцій, що перебігають.

3. Складіть схеми електролізу водного розчину NiSO₄ та його розплаву з інертними електродами.

4. Обчисліть силу струму, якщо при електролізі розплаву КОН протягом 2 год на катоді виділилось 5 г металу. Обчисліть теоретичний потенціал розкладу водного розчину КОН при електролізі.

Завдання 10.12

1. Які електродні процеси відбуваються при електролізі розплавів солей? Наведіть приклади.

2. Обчисліть ЕРС і ΔG елемента, утвореного із нікелевої та мідної пластин, занурених відповідно у розчини сульфатів металів з концентраціями [Ni²⁺] = 0,1 моль/л та [Cu²⁺] = 0,01 моль/л. Напишіть рівняння відповідних електродних процесів.

3. Складіть рівняння процесів, що перебігають при електролізі розплаву KCl та його водного розчину з вугільними електродами.

2. Скільки грамів H₂SO₄ утвориться поблизу аноду при електролізі розчину CuSO₄, якщо на аноді виділилось 1,12 л кисню (н.у.)? Обчисліть стандартну ЕРС поляризації при електролізі розчину CuSO₄.

Завдання 10.13

1. Як впливає присутність води на процес електролізу солей?

2. Обчисліть ЕРС і ΔG елемента, що складається зі свинцевого та мідного електродів, якщо [Pb²⁺] = 0,1 моль/л, а [Cu²⁺] = 0,01 моль/л. Складіть схему та напишіть рівняння відповідних електродних процесів.

3. Напишіть рівняння електродних процесів, що перебігають при електролізі водних розчинів хлориду літію та сульфату нікелю з платиновими електродами, а для NiSO₄ також із нікелевим анодом.

4. Яку кількість електрики (Кл) потрібно пропустити крізь розчин нітрату срібла, щоб виділився 1 г срібла? Обчисліть стандартну ЕРС поляризації при електролізі розчину цієї солі.

Завдання 10.14

1. Які електроди називають інертними, а які активними? Наведіть приклади застосування кожного виду електродів.

2. Обчисліть електродні потенціали магнію у розчинах його солі з концентраціями [Mg²⁺] рівними 0,1, 0,01 та 0,001 моль/л.

3. Розчин містить іони Fe²⁺, Ag⁺ та Pb²⁺ у однаковій концентрації. У якій послідовності виділятимуться метали при електролізі розчину нітратів цих металів з інертними анодами?

4. При проходженні струму силою у 1,5 А протягом 30 хв крізь розчин солі тривалентного металу на катоді виділилось 1,07 г металу. Визначте атомну масу металу та обчисліть теоретичний потенціал розкладу цієї солі при електролізі.

Завдання 10.15

1. Поясніть порядок розташування металів у електрохімічному ряді напруг?

2. Гальванічний елемент складається з магнієвої та залізної пластин, занурених у розчини їхніх солей з концентраціями 0,1 моль/л. Обчисліть ЕРС і потенціал Гіббса елемента та напишіть електронні рівняння електродних процесів.

3. Напишіть рівняння електродних процесів, що перебігають при електролізі розплаву NaCl та водного розчину нітрату кальцію з інертними електродами.

4. Струм силою у 5 А виділив із розчину нітрату платини протягом 10 хв 1,5 г платини. Визначте еквівалент платини. Обчисліть стандартну ЕРС поляризації при електролізі розчину цієї солі.

Завдання 10.16

1. Які процеси відбуваються при роботі свинцевого кислотного акумулятора?

2. Визначте, як зміниться ЕРС гальванічного елемента:

(–)Al⁰│Al³⁺║Cr│Cr³⁺(+) ,

при його роботі внаслідок концентраційної поляризації на електродах. Концентрація йонів Al³⁺ збільшилась із 10^-2 до 5 · 10^-1 моль/л, а концентрація йонів Cr ³⁺ зменшилась із 10^-2 до 2,5 · 10^-4 моль/л. Чóму дорівнює концентраційна поляризація електродів?

2. Подайте схему електродних процесів при електролізі водного розчину сульфату нікелю: а) з розчинним нікелевим анодом; б) з інертним платиновим анодом.

3. Які об’єми водню та кисню виділяться при пропусканні струму силою у 3 А протягом 1 год крізь водний розчин Н₂SO₄? Обчисліть теоретичний потенціал розкладу розчину Н₂SO₄ при електролізі.

Завдання 10.17

1. Які чинники впливають на роботу гальванічних елементів?

2. Складіть схеми двох гальванічних елементів, у одному з яких залізо є анодом, а в іншому катодом. Обчисліть стандартні ЕРС цих елементів та напишіть рівняння відповідних електродних процесів.

3. Напишіть рівняння електродних процесів, що перебігають при електролізі водних розчинів хлориду хрому (ІІІ) та нітрату барію з вугільними електродами, а для CrCl₃ також із хромовим анодом.

4. Яка кількість електрики потрібна для одержання: а) 2 г водню; б) 2 г кисню електролізом води.

Завдання 10.18

1. Поясніть фізичний зміст числа Фарадея (F).

2. Складіть схему, напишіть електронні рівняння електродних процесів та обчисліть ЕРС і потенціал Гіббса гальванічного елемента, що складається з кадмієвої та магнієвої пластин, занурених у розчини їхніх азотнокислих солей із концентраціями 0,1 моль/л.

3. Складіть схеми електролізу водного розчину сульфату цинку, якщо: а) анод цинковий; б) анод вугільний.

4. Яка кількість електрики потрібна для виділення 10 г водню при електролізі розчину NaCl за сили струму у 5 А протягом 30 хвилин? Обчисліть стандартну ЕРС поляризації при електролізі розчину солі.

Завдання 10.19

1. Сформулюйте перший закон Фарадея для процесів електролізу.

2. Складіть схему гальванічного елемента, в основі якого лежить наступна реакція: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu. Напишіть окисно-відновні рівняння анодного та катодного процесів. Обчисліть ЕРС і ΔG цього елемента, якщо [Cu²⁺] = 0,1 моль/л та [Zn²⁺] = 0,01 моль/л.

3. Напишіть рівняння електродних процесів, що перебігають при електролізі водних розчинів нітрату олова (ІІ) та його розплавів із вугільним анодом.

4. Крізь розчин FeCl₂ пропускали струм силою у 3 А протягом 10 хв. Скільки грамів заліза при цьому виділиться? Обчисліть теоретичний потенціал розкладу розчину цієї солі при електролізі.

Завдання 10.20

1. Сформулюйте другий закон Фарадея для процесів електролізу.

2. Концентраційна поляризація цинкового електрода у гальванічному елементі:

(–) Zn⁰│Zn²⁺║0,001 н. HCl, α = 100%║Cu, H₂│2H⁺(+) ,

дорівнює 0,1. Якою стала концентрація йонів Zn²⁺ у розчині, якщо початкова концентрація йонів Zn²⁺ становила 2,1 · 10^-3 моль/л? Чóму стала дорівнювати ЕРС елемента з урахуванням концентраційної поляризації та перенапрузі водню на міді, що дорівнює 0, 36 В?

2. Складіть схему електролізу водних розчинів хлориду магнію та нітрату цинку з вугільними електродами, а для Zn(NO₃)₂ також із цинковим анодом.

3. Розчин хлориду магнію піддавався електролізу протягом 1 години за сили струму 2,5 А. Які продукти та у якій кількості виділилась біля катода та біля анода? Обчисліть стандартну ЕРС поляризації при електролізі розчину цієї солі.

Завдання 10.21

1. Які процеси називають “гальваностегія” та “гальванопластика”? Наведіть приклади застосування кожного з них.

2. Гальванічний елемент складається з магнієвої й мідної пластин, занурених у розчини їхніх солей із концентраціями 0,1 моль/л. Визначте ЕРС і потенціал Гіббса елемента й напишіть електронні рівняння анодного і катодного процесів.

3. Складіть рівняння процесів, що перебігають при електролізі водних розчинів LiCl та ZnSO₄ з Pt-електродами, а для ZnSO₄ і з Zn-анодом.

4. Скільки срібла виділиться при електролізі розчину AgNO₃ із силою струму 6 А за 30 хв? Теоретичний потенціал розкладу електроліту?

Завдання 10.22

1. Електрохімічний ряд напруг. Як змінюється: а) відновна здатність металів; б) окисна спроможність іонів у цьому ряді?

2. За яких умов працюватиме гальванічний елемент, електроди якого зроблено з одного й того ж металу? Зобразіть схему такого гальванічного елемента. Напишіть електродні процеси та приклад обчислення ЕРС і потенціалу Гіббса такого елемента.

3. Складіть схеми електролізу водного розчину сульфату міді (ІІ), якщо: а) анод мідний; б) анод вугільний.

4. При проходженні крізь розчин солі тривалентного металу струму силою 1,5 А протягом 30 хв на катоді виділилось 1,071 г металу. Визначте атомну масу металу та обчисліть стандартну ЕРС поляризації при електролізі розчину цієї солі.

Завдання 10.23

1. Як впливають а) рН розчину; б) концентрація йонів металу на процес електролізу розчинів солей заліза?

2. Складіть схеми двох гальванічних елементів, у одному з яких цинк є анодом, а в іншому катодом. Обчисліть стандартні ЕРС і ΔG цих елементів, якщо концентрації розчинів солей становлять 0,1 моль/л.

3. Напишіть рівняння електродних процесів, що перебігають при електролізі водних розчинів хлориду заліза (ІІІ) та нітрату кальцію з інертними електродами, а для FeCl₃ також із залізним анодом.

4. За 10 хв із розчину солі платини струм силою у 5 А виділив 1,51 г платини. Визначте еквівалентну масу платини. Обчисліть теоретичний потенціал розкладу розчину цієї солі при електролізі.

Завдання 10.24

1. У чому сутність електрохімічних процесів?

2. Визначте, чóму дорівнює концентраційна поляризація свинцевого та мідного електродів гальванічного елемента: (–)Pb⁰│Pb²⁺║Cu│Cu²⁺(+) ,

якщо початкові концентрації (моль/л) становили [Pb²⁺] = 1,2, a [Cu²⁺] = 5,2 · 10^-2, а у процесі роботи гальванічного елемента концентрації (моль/л) стали [Pb²⁺] = 1,8, a [Cu²⁺] = 4,2 · 10^-3.

2. Складіть схеми електролізу водних розчинів NaCl та AgNO₃ з платиновими електродами, а для AgNO₃ також із срібним анодом.

3. Чóму дорівнює еквівалентна маса кадмію, якщо для виділення 1 г кадмію з розчину його солі необхідно пропустити крізь розчин 1717 Кл? Яка стандартна ЕРС поляризації при електролізі розчину цієї солі?

Завдання 10.25

1. Поясніть порядок окиснення аніонів на аноді у процесі електролізу водних розчинів солей.

2. Концентраційна поляризація Ag-електрода гальванічного елемента:

(–)Zn⁰│Zn²⁺║Ag│Ag⁺(+) ,

дорівнює 0,08 В. Визначте початкову концентрацію йонів срібла, якщо на кінець роботи елемента концентрація йонів Ag⁺ становила 0,22 моль/л. Визначте ЕРС гальванічного елемента у початковий момент, якщо концентрація йонів Zn²⁺ становила 10^-3 моль/л.

2. Складіть схеми електролізу водних розчинів ZnCl₂ та Pb(NO₃)₂ з інертними електродами, а для Pb(NO₃)₂ також із свинцевим анодом.

3. При проходженні крізь розчин солі тривалентного металу струму силою 1,5 А протягом 30 хв на катоді виділилось 1,071 г металу. Визначте атомну масу металу й обчисліть теоретичний потенціал розкладу розчину солі при електролізі.