Варіант тесту до третього модуля

1 Визначити величину електродного потенціалу олова, якщо його стандартний потенціал становить 0,165В, а концентрація іонів Sn²⁺– 0,1моль/л.

а) –0,136В; б) –0,283В; в) –0,194В; г) –0,224В.

2 Розрахувати ЕРС гальванічного елемента при концентраціях іонів металів у розчинах: [Zn²⁺] = 0,1моль/л, [Pb²⁺] = 0,02моль/л, якщо .

а) – 0,61В ; б) 0,763В; в) 0,12В; г) 0,61В.

3 Які продукти утворюються під час корозії цинку, що знаходиться в контакті з кадмієм у нейтральному та кислому середовищах? Написати рівняння реакцій утворення цих продуктів.

а) Zn(OH)₂; б) H₂O; в) Н₂; г) Сd(OH)₂.

4 Скласти рівняння катодного і анодного процесів, які відбуваються під час електролізу водного розчину хлориду міді (II) з графітовими електродами.

5 Яка маса міді виділиться на катоді під час проходження струму силою 4А протягом однієї години крізь розчин сульфату міді (ІІ)? Скласти рівняння катодного та анодного процесів, які відбуваються під час електролізу розчину з інертним анодом.

а) 9,48г; б) 0,003г; в) 4,78г; г) 0,48г.

6 Які солі обумовлюють постійну твердість природних вод?

а) NaCl;

б) CaCl₂;

в) (NH₄)₂SO₄;

г) K₃PO₄.

7 Визначити твердість води, якщо в 500л її міститься 810г .

а) 10ммолье/л; б) 20ммолье/л; в) 0,02ммолье/л; г) 0,4ммолье/л.

8 Визначити кількість зв’язаного диоксиду вуглецю (мг/л), якщо на титрування 200 мл води було витрачено 5 мл 0,2 н розчину HCl .

а) 110 мг/л; б) 200мг/л; в) 11мг/л; г) 220мг/л.

Приклади виконання задач

Задача 1. Визначити величину стандартного електродного потенціалу олова, якщо його потенціал становить –0,165В, а концентрація іонів Sn²⁺– 0,1моль/л.

Розв’язання. Для визначення електродного потенціалу металу користуються рівнянням Нернста:

де n– число електронів, які приймають участь у процесі. Звідки знаходимо:

Відповідь. а.

Задача 2. Розрахувати ЕРС гальванічного елемента при концентраціях іонів металів у розчинах: [Zn²⁺] = 0,1моль/л, [Pb²⁺] = 0,02моль/л, якщо .

Розв’язання. Оскільки цинк має менший стандартний електродний потенціал (-0,763В), товін є анодом, на якому відбувається процес окиснення:

Свинець, стандартний потенціал якого –0,13 В– катод, на якому відбувається відновний процес:

Рівняння окисно-відновної реакції, що забезпечує роботу даного гальванічного елемента, одержуємо, склавши електронні рівняння анодного і катодного процесів:

Для визначення ЕРС гальванічного елемента необхідно розрахувати електродні потенціали металів, виходячи з рівняння Нернста:

де n– число електронів, які приймають участь у процесі.

Знаходимо ЕРС гальванічного елемента:

Відповідь. г.

Задача 3. Які продукти утворюються під час корозії цинку, який знаходиться в контакті з кадмієм у нейтральному та кислому середовищах? Написати рівняння реакцій утворення цих продуктів.

Розв’язання. Під час електрохімічної корозії на металі відбуваються одночасно два процеси:

1) окиснення металу, тобто його розчинення (анодний процес):

2) відновлення окисників – компонентів середовища (катодний процес):

,

де ,Red – відповідно окиснена та відновлена форми речовини.

Окисниками у водних розчинах у кислому середовищі є іони водню Н⁺, у нейтральному та лужному середовищах – розчинений у воді кисень повітря О₂.

Отже, корозія в кислому середовищі супроводжується таким катодним процесом:

Катодні процеси під час корозії за участю кисню в нейтральному та лужному середовищах відбуваються за рівнянням:

У наведеному прикладі цинк має більш негативний потенціал (–0,76В), ніж кадмій (–0,40В), тому він буде анодом, а кадмій – катодом.

Анодний процес: .

Катодний процес:

– у кислому середовищі: ;

– у нейтральному середовищі: .

Оскільки іони з гідроксильною групою утворюють нерозчинний гідроксид, то продуктом корозії буде.

Відповідь. а.

Задача 4. Скласти рівняння катодного та анодного процесів, які відбуваються під час електролізу водного розчину хлориду міді (II) з графітовими електродами.

Розв’язання. У водному розчині хлориду міді (II) відбуваються процеси дисоціації:

На катоді відновлюється найбільш активний окисник з найбільшим значенням електродного потенціалу. У даному випадку можливе відновлення як іонів міді:

так і молекул води:

Оскільки , то на катоді виділяється саме мідь.

На аноді окиснюється найбільш активний відновник з найменшим значенням електродного потенціалу. У даному випадку можливе окиснення як хлорид-іонів:

,

так і молекул води:

Хоча , однак, здійснюється саме окиснення хлорид-іону, що обумовлено значною перенапругою другого процесу.

Задача 5. Яка маса міді виділиться на катоді під час проходження струму силою 4А протягом однієї години крізь розчин сульфату міді? Скласти рівняння катодного та анодного процесів, які відбуваються під час електролізу розчину з інертним анодом.

Розв’язання. У розчині відбувається дисоціація солі:

На катоді відновлюються іони міді:

З аніонами кисневмісних кислот, у даному випадку SO₄^2–, на аноді ніяких перетворень не відбувається. Розряджаються молекули води за схемою

2Н₂О – 2е  О₂ + 4Н⁺

Для розрахунку маси міді, яка виділяється на катоді використовуємо об’єднаний закон Фарадея:

Молярна маса еквівалента міді (г/моль), отже

(г)

Відповідь. в.

Задача 6. Які солі обумовлюють постійну твердість природних вод?

а) NaCl;

б) CaCl₂;

в) (NH₄)₂SO₄;

г) K₃PO₄;

Розв’язання.Твердість води зумовлена наявністю іонів. Гідрокарбонатна (тимчасова) твердість води зумовлена наявністю гідрокарбонатів кальцію і магнію – і . Некарбонатна (постійна) твердість води зумовлена наявністю сульфатів і хлоридів кальцію і магнію ().

Відповідь. б.

Задача 7. Визначити твердість води, якщо в 500л її міститься 810г .

Розв’язання. Оскільки твердість води показує число ммоль еквівалентів солей в 1 л її, розрахуємо твердість води за формулою (ммолье/л)

або ,

де маса, г ;

–молярна маса еквівалента , г/моль ;

–об’єм води, л ;

–коефіцієнт перерахування г у мг.

Для розрахунку молярної маси еквівалента використовуємо формулу

,

де – молярна маса, г/моль;

2 – валентність кальцію.

(г/моль)

Тоді твердість води складатиме:

Відповідь.б.

Задача 8. Визначити кількість зв’язаного диоксиду вуглецю (мг/л), якщо на титрування 200 мл води було витрачено 5 мл 0,2 н розчину HCl.

Розв’язання. Потрібно знати, що диоксид вуглецю, звичайно, присутній в усіх природних водах у двох формах: вільний диоксид вуглецю (розчинений у воді) і зв’язаний (диоксид вуглецю, який входить до складу гідрокарбонат-іонів і карбонат-іонів ).

Масу зв’язаного диоксиду вуглецю (мг/л) розраховуємо за формулою

,

де – об’єм води, який взяли для титрування, мл;

–середній об’єм кислоти, який пішов на титрування, мл;

–нормальність кислоти, моль/л;

44 – молярна маса еквівалента зв’язаного діоксиду вуглецю в даній реакції, г/моль.

Відповідь. г.