контрольная работа / reshenie_zadach_shimanovich
.pdf
№234. Реакции выражаются схемами:
K2Cr2O7 + HCl → Cl2 + CrCl3 + KCl + H2O
Au + HNO3 + HCl → AuCl3 + NO + H2O
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
Решение. а)
Электронные уравнения
3 Cl– – e – = Cl0
1 Cr6+ + 3e– = Cr3+
Расставим коэффициенты в уравнении реакции, с помощью электронных уравнений
K2Cr2O7 + 14HCl = 3Cl2 + 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O
K2Cr2O7 – является окислителем.
HCl – является восстановителем.
HCl – окисляется.
K2Cr2O7 – восстанавливается.
б)
Электронные уравнения
1 Au0 – 3e – = Au3+
1 N5+ + 3e– = N2+
Расставим коэффициенты в уравнении реакции, с помощью электронных уравнений
Au + HNO3 + 3HCl → AuCl3 + NO + 2H2O
HNO3 – является окислителем.
Au – является восстановителем.
Au – окисляется.
HNO3 – восстанавливается.
№237. Реакции выражаются схемами:
Cr2O3 + KClO3 + KOH → K2CrO4 + KCl + H2O
MnSO4 + PbO2 + HNO3 → HMnO4 + Pb(NO3)2 + PbSO4 + H2O
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
Решение. а)
Электронные уравнения
2 Cr3+ – 3e – = Cr6+
1 Cl5+ + 6e– = Cl–
Расставим коэффициенты в уравнении реакции, с помощью электронных уравнений
Cr2O3 + KClO3 + 4KOH → 2K2CrO4 + KCl + 2H2O
KClO3 – является окислителем.
Cr2O3 – является восстановителем.
Cr2O3 – окисляется.
KClO3 – восстанавливается.
б)
Электронные уравнения
2 Mn2+ – 5e – = Mn7+
5 Pb4+ + 2e– = Pb2+
Расставим коэффициенты в уравнении реакции, с помощью электронных уравнений
2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O
PbO2 – является окислителем.
MnSO4 – является восстановителем.
MnSO4 – окисляется.
PbO2 – восстанавливается.
№240. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) PH3 и HBr; б) K2Cr2O7 и H3PO3; в) HNO3 и H2S? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме
AsH3 + HNO3 → H3AsO4 + NO2 + H2O.
Решение.
а) PH3 и HBr – окислительно-восстановительные реакции происходить не могут, так как фосфор и бром имеют низшие степени окисления –3 и –1 соответственно.
б) K2Cr2O7 и H3PO3 – окислительно-восстановительные реакции возможны, так как фосфор имеет промежуточную степень окисления +3 и он может быть окислен хромом имеющим высшую степень окисления.
в) HNO3 и H2S – окислительно-восстановительные реакции возможны, так как сера имеет низшую степень окисления –2 а азот высшую +5, азотная кислота окислит сероводород.
Электронные уравнения
1 |
As3- – 8e – = As5+ |
8 |
N5+ + e– = N4+ |
Молекулярное уравнение
AsH3 + 8HNO3 = H3AsO4 + 8NO2 + 4H2O.
№243. При какой концентрации ионов Zn2+ (в моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала?
Решение.
По закону Нернста электродный потенциал металла в растворе определяется по формуле
E = E° + 0, 059 lg C n
где n = 2 – число электронов, принимающих участие в процессе. Из этой формулы находим концентрацию ионов Zn2+ в растворе
0, 059 lg C = E − E° n
lg C = n (E − E°) 0, 059
2(E -E °)
C = 10 0,059 = 10
где E − E° = – 0,015 В – Ответ: С = 0,30 моль/л.
-2×0,015 |
= 0, 30 моль/л. |
0,059 |
|
|
уменьшение электродного потенциала.
№246. Потенциал серебряного электрода в растворе AgNO3 составил 95% от значения его стандартного электродного потенциала. Чему равна концентрация ионов Ag+ (в моль/л)?
Решение.
Стандартный электродный потенциал серебра
E° = + 0,80 В
Потенциал серебряного электрода в растворе
Е = 0,95 · E° = 0,95 · 0,80 = 0,76 В
По закону Нернста электродный потенциал металла в растворе определяется по формуле
E = E° + 0, 059 lg C n
где n = 1 – число электронов, принимающих участие в процессе. Из этой формулы находим концентрацию ионов серебра в растворе
0, 059 lg C = E − E° n
lg C = n (E − E°) 0, 059
n( E − E °)
C = 10 0,059 = 10
Ответ: С = 0,21 моль/л.
1(0,76−0,8)
0,059 |
= 0, 21 моль/л. |
|
№249 При какой концентрации ионов Cu2+ (моль/л) значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода?
Решение Стандартные электродные потенциалы:
водородного электрода 2Н+ | Н2 |
– Е° Н = 0 B; |
медного электрода Cu2+ | Cu – |
Е° Cu = + 0,34 B. |
Электродные потенциалы при заданных концентрациях ионов определяем по уравнению Нернста
E = E° + 0, 059 lg C = 0 n
где n = 2 – число электронов, принимающих участие в процессе.
Из уравнения Нернста находим искомую концентрацию
- |
nE0 |
|
- |
2×0,34 |
|
|
= 10 |
|
= 2, 98 ×10-12 моль/л. |
||
C = 10 0,059 |
|
0,059 |
|||
№252
Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Pb2+] = [Mg2+] = 0,01 моль/л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз.
Решение.
Схема гальванического элемента
(–) Mg | Mg 2+ || Pb2+ | Pb (+)
При разряде гальванического элемента анодный процесс Mg0 – 2e – → Mg2+ катодный процесс Pb2+ + 2e – → Pb0
Стандартные электродные потенциалы магниевого электрода Mg2+ | Mg – Е° Mg = – 2,37 B; свинцового электрода Pb2+ | Pb – Е° Pb = – 0,127 B.
Электродные потенциалы при заданных концентрациях ионов определяются по уравнению Нернста
E = E° + 0,059 lgC n
где n = 2 – число электронов, принимающих участие в процессе.
Так как концентрации ионов и их заряд одинаковы, то и электродные потенциалы изменятся от значения стандартных потенциалов на одну и туже величину, что не повлияет на ЭДС элемента, следовательно ЭДС элемента составит
Е = E° Pb – E ° Mg = – 0,127 + 2,37 = 2,243 В.
Если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз то ЭДС элемента не изменится.
№255
Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Mg2+] = [Cd2+] = 1 моль/л. Изменится ли значение ЭДС, если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л?
Решение.
Схема гальванического элемента
(–) Mg | Mg 2+ || Cd2+ | Cd (+)
При разряде гальванического элемента
анодный процесс Zn0 – 2e – |
→ Zn2+ |
|
катодный процесс Fe2+ + 2e – → Fe0 |
||
Стандартные электродные потенциалы |
|
|
магниевого электрода Mg2+ | Mg – Е° Mg = – |
2,37 B; |
|
кадмиевого электрода Cd2+ | Cd – |
Е° Cd = – |
0,403 B. |
ЭДС гальванического элемента
Е = Е° Cd – Е° Mg = –0,403 + 2,37 = 1,967 В.
Электродные потенциал цинка при заданной концентрации ионов определяются по уравнению Нернста
E = E° + 0,059 lgC n
где n = 2 – число электронов, принимающих участие в процессе.
Поэтому если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л то потенциалы каждого из электродов изменятся на одно и тоже значение, следовательно ЭДС элемента не изменится.
№258. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора?
Решение.
Химические процессы свинцового аккумулятора
(слева-направо — разряд, справа-налево — заряд):
Анод:
Катод:
№261. Электролиз раствора K2SO4 проводили при силе тока 5 А в течении 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделилось на катоде и аноде?
Решение. Электронные уравнения
на аноде 2Н2О– – 4e – → О2 + 4Н+ на катоде 2Н2О + 2e – → Н2 + 2(ОН)–
Эквивалент кислорода Э = M/n = 16 / 2 = 8 г/моль где n = 2 – валентность кислорода.
Согласно закону Фарадея масса кислорода выделившегося на электроде
m1 = Э I t /96500 = 8 · 5 · 3 · 3600 / 96500 = 4,477г
Откуда количество выделившегося кислорода
ν = m1 / 32 = 4,477 / 32 = 0,1399 моль
Объем одного моля газа при нормальных условиях 22,4 л следовательно, объем выделившегося кислорода.
V = 22,4 ν = 22,4 · 0,1399 = 3,133 л.
Эквивалент водорода Э = M/n = 1/ 1 = 1 г/моль где n = 1 – валентность водорода.
Согласно закону Фарадея масса водорода выделившегося на электроде
m2 = Э I t /96500 = 1 · 5 · 3 · 3600 / 96500 = 0,5596г
Откуда количество выделившегося водорода
ν = m2 / 2 = 0,5596 / 2 = 0,2798 моль
Объем одного моля газа при нормальных условиях 22,4 л следовательно, объем выделившегося водорода.
V = 22,4 ν = 22,4 · 0,2798 = 6,266 л.
Масса разложившейся воды равна суммарной массе выделившегося водорода и кислорода m = m1 + m2 = 4,477 + 0,5596 = 5,03 г.
№264. Электролиз раствора Na2SO4 проводили в течении 5 ч при силе тока 7 А. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделилось на катоде и аноде? Решение.
Электронные уравнения
на аноде 2Н2О– – 4e – → О2 + 4Н+ на катоде 2Н2О + 2e – → Н2 + 2(ОН)–
Эквивалент кислорода Э = M/n = 16 / 2 = 8 г/моль где n = 2 – валентность кислорода.
Согласно закону Фарадея масса кислорода выделившегося на электроде
m1 = Э I t /96500 = 8 · 7 · 5 · 3600 / 96500 = 10,45г
Откуда количество выделившегося кислорода
ν = m1 / 32 = 10,45 / 32 = 0,3264 моль
Объем одного моля газа при нормальных условиях 22,4 л следовательно, объем выделившегося кислорода.
V = 22,4 ν = 22,4 · 0,3264 = 7,31 л.
Эквивалент водорода Э = M/n = 1/ 1 = 1 г/моль где n = 1 – валентность водорода.
Согласно закону Фарадея масса водорода выделившегося на электроде
m2 = Э I t /96500 = 1 · 7 · 5 · 3600 / 96500 = 1,306г
Откуда количество выделившегося водорода
ν = m2 / 2 = 1,306 / 2 = 0,6528 моль
Объем одного моля газа при нормальных условиях 22,4 л следовательно, объем выделившегося водорода.
V = 22,4 ν = 22,4 · 0,6528 = 14,62 л.
Масса разложившейся воды равна суммарной массе выделившегося водорода и кислорода
m= m1 + m2 = 10,45 + 1,306 = 11,75 г.
№267. На сколько уменьшится масса серебряного анода, если электролиз раствора AgNO3 проводить при силе тока 2 А в течении 38 мин 20 с? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах.
Решение.
По закону Фарадея масса на которую уменьшится масса анода
m = |
mЭ I ×t |
= |
107,87 × 2 ×(38 ×60 + 20) |
= 5,14 |
г |
||
96500 |
|
96500 |
|||||
|
|
|
|
||||
где mЭ = 107,87 г/моль – эквивалентная масса серебра.
Электронные уравнения процессов, если электролиз проводить с угольными электродами: на катоде происходит выделение серебра: Ag+ + е– = Ag
на аноде: 2NO3– – 2 е– + 2H2O = 2 НNO3 + O2↑
№270. Электролиз раствора NaI проводили при силе тока 6 А в течение 2,5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, и вычислите массу вещества, выделившегося на катоде и аноде?
Решение.
Электронные уравнения процессов, если электролиз проводить с угольными электродами: на катоде происходит выделение водорода: 2Н+ + 2е– = Н2
на аноде: 2I– – 2 е– = I2
По закону Фарадея масса веществ выделившихся на электродах
m = mЭ I × t
96500
На катоде
= 1× 6 × 9000 =
m 0,56 г. 96500
где mЭ = 1 г/моль – эквивалентная масса водорода; t = 3600 · 2,5 = 9000 c – время электролиза.
На аноде
= 126, 9 × 6 × 9000 =
m 71г. 96500
где mЭ = 126,9 г/моль – эквивалентная масса йода; t = 3600 · 2,5 = 9000 c – время электролиза.
№273
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе расплавов и водных растворов NaCl и KOH. Сколько литров (н.у.) газа выделится на аноде при электролизе гидроксида калия, если электролиз проводить в течении 30 мин при силе тока 0,5 А?
Решение.
При электролизе расплава NaCl на электродах происходят реакции:
на аноде |
Cl – – e – |
→ ½ Cl2 |
на катоде Na+ + e – |
→ Na0 |
|
При электролизе расплава KOH на электродах происходят реакции: |
||
на аноде |
2OH – – 2e – → H2O + ½O2 |
|
на катоде К+ + e – |
→ К0 |
|
При электролизе водного раствора NaCl на электродах происходят реакции:
на аноде Cl – – e – → ½ Cl
2
на катоде 2Н+ + 2e – → H2
При электролизе водного раствора NaOH на электродах происходят реакции:
на аноде 2OH – – 2e – → H O + ½O
2 2
на катоде 2Н+ + 2e – → H2
Эквивалент кислорода Э = M/n = 16 / 2 = 8 г/моль где n = 2 – валентность кислорода.
Согласно закону Фарадея масса кислорода выделившегося на электроде
m = Э I t /96500 = MО I t /(96500 n)
Откуда количество выделившегося кислорода
ν = m / (2 M) = I t /(2 · 96500 n)
Объем одного моля газа при нормальных условиях 22,4 л следовательно, объем выделившегося кислорода.
V = 22,4 ν = 22,4 I t /(2 · 96500 n)=22,4 ·0,5 ·1800 /(2 ·96500 ·2) = 0,052 л
№276. При электролизе соли трехвалентного металла при силе тока 1,5 А в течении 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислите атомную массу металла. Решение Согласно закону Фарадея масса металла выделившегося на электроде
m = mЭ I t /96500
Откуда находим эквивалентную массу металла
mЭ = 96500 · m / (I · t)= 96500 · 1,071 / (1,5 · 30 · 60) = 38,278г/моль.
Атомная масса металла (так как металл трехвалентный)
А = 3 · mЭ = 3 · 38,278 = 114,82 г/моль.