Контрольная работа№1, Вариант 10
.pdf
Задание 102
Через серебряный кулонометр пропускали ток в течение 3 ч. Амперметр показывал силу тока 0,9 А. Определите процент погрешности амперметра, если масса катода увеличилась на 12,32г. Составьте схему электролиза на электродах из Pt, учитывая, что на аноде выделится O2, и определите его объем (н.у.).
Дано: |
Решение: |
τ = 3 ч |
Серебряный кулонометр состоит из платинового тигля |
Iпракт = 0,9 А |
(катод), который заполнен нитратом серебра (AgNO3), в раствор |
∆m(kat) = 12,32 г |
опущен платиновый стержень, который служит анодом. |
|
Составим схему электролиза, протекающего в данной |
δ – ? |
системе: |
|
|
V(O2) – ? |
|
|
K(–) |
Pt |
|
AgNO3; H2O |
|
|
Pt |
A(+) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ag+; H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NO!; H2O |
|
|
|
Реакции на катоде K(–): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реакции на аноде A(+): |
|||||
Ag + 1e– |
Ag |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 H2O – 4e– |
O2 + 4 H+ |
||||
Суммарное уравнение электролиза: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
4 Ag+ + 2 H2O |
I, A |
|
|
4 Ag + O2 + 4 H+ |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
4 AgNO3 + 2 H2O |
|
|
I, A |
|
4 Ag + O2 + 4 HNO3 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Вычислим теоретическую силу прошедшего через раствор тока: |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
m(Ag) = |
эк -[ |
· Iтеор · τ |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Mэк(Ag) – эквивалентная масса серебра; Mэк(Ag) = |
|
-[ = 108 (г/моль-экв) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m(Ag) – масса выделившегося серебра; m(Ag) = ∆m(kat) = 12,32 (г) |
|
|
|||||||||||||||
τ – время проведения электролиза; τ = 3 ч = 10800 с |
|
|
|||||||||||||||
|
|
Iтеор = |
-[ ∙ \ |
, ∙ |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
эк -[ ∙ ] |
= |
∙ |
|
= 1,02 (А) |
|
|
|||||||||
Вычислим относительную погрешность амперметра:
δ = |
^теор ! ^практ |
= |
, ! , |
= 0,1176 |
|
^теор |
|
, |
|
Вычислим объём кислорода, выделившегося на аноде:
V(O2) = |
эк |
∙ I ∙ τ |
|
\ |
|
Vэк(O2) – эквивалентный объём кислорода, Vэк(O2) = 5,6 (л/моль-экв)
V(O2) = , ∙ 1,02 ∙ 10800 = 0,639 (л)
Ответ: δ = 11,76 % V(O2) = 0,639 (л)
Задание 131
Определите термодинамическую возможность коррозии медной платы с серебряными выводами с водородной и кислородной деполяризациями в кислой среде (pH = 3). Составьте схемы образующихся макрогальванических элементов и уравнения соответствующих процессов.
Дано:
Cu – Ag pH = 3
Возможность коррозии – ?
Решение:
Стандартные электродные потенциалы меди и серебра:
φ e T/ e = 0,337 (В)
φ-[T/-[ = 0,799 (В)
Т.к. φ e T/ e < φ-[T/-[ , то в коррозионном гальваническом элементе серебро будет являться катодом, медь – анодом и, следовательно, подвергаться разрушению.
1) Рассмотрим коррозию спая Cu – Ag с водородной деполяризацией. Схема коррозионного ГЭ:
|
(–) |
|
Cu |
|
H+; H2O |
|
Ag |
(+) |
|||
|
|
|
pH = 3 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Уравнения анодно-катодных процессов: |
|
|
|
|
|
|
|
||||
A(–): Cu – 2e– |
Cu2+ |
|
|
|
φ T |
/ e |
= 0,337 (В) |
|
|||
1 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
||
K(+): 2 H+ + 2e– |
H2 |
1 |
|
|
φ T |
/ |
= 0 (В) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Sn + 2 H+ |
Sn2+ + H2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычислим электродные потенциалы катода и анода:
φVSW = φ T/ |
|
= φ T |
/ |
– 0,059 · pH = 0 – 0,059 · 3 = – 0,177 (В) |
|||
φS = φ |
|
|
|
|
|
||
T |
/ e |
= 0,337 (В) |
|||||
e |
|
|
|
|
|||
Вычислим ЭДС коррозионного гальванического элемента:
ε = φVSW – φS = – 0,177 – 0,337 = – 0,514 (В)
Т.к. ε < 0 ∆G > 0 коррозия спая Cu – Ag с водородной деполяризацией в данных условиях протекать не может.
2) Рассмотрим коррозию спая Cu – Ag с кислородной деполяризацией. Схема коррозионного ГЭ:
|
(–) |
Cu |
|
|
H2O, O2 |
|
|
Ag |
(+) |
||
|
|
|
pH = 3 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Уравнения анодно-катодных процессов: |
|
|
|
|
|
|
|||||
A(–): Cu – 2e– |
Cu2+ |
|
|
|
φ |
T |
/ e |
= 0,337 (В) |
|||
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
||
K(+): O2 + 4 H+ + 4e– |
2 H2O |
|
1 |
|
|
φ |
|
T |
/ |
= 1,23 (В) |
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|||
2 Sn + O2 + 4 H+ |
2 Sn2+ + 2 H2O |
|
|
|
|
|
|
||||
Вычислим электродные потенциалы катода и анода:
φVSW = φ ; T/ = φ ; T/ – 0,059 · pH = 1,23 – 0,059 · 3 = 1,053 (В) φS = φeT/ e = 0,337 (В)
Вычислим ЭДС коррозионного гальванического элемента:
ε = φVSW – φS = 1,053 – 0,337 = 0,716 (В)
Т.к. ε > 0 ∆G < 0 коррозия спая Cu – Ag в данных условиях протекает с кислородной деполяризацией.
Ответ: Спай Cu – Ag, в данных условиях, корродируют с кислородной деполяризацией.
Задание 158
Составьте схему электрохимической системы, позволяющей получать покрытия из цинка на изделиях из свинца. Запишите уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде.
Решение:
Для того, что бы получить покрытие из цинка на поверхности свинцовых изделий электролитическим способом, необходимо создать следующую электролизную систему:
|
|
Покрываемое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
K(–) |
свинцовое |
|
|
ZnSO4; H2O |
|
Zn |
A(+) |
||
|
изделие |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zn2+; H2O |
|
SO!; H2O |
|
|
|||
Реакции на катоде K(–): |
|
Реакции на аноде A(+): |
||||||||
Zn2+ + 2e– |
Zn |
|
|
Zn – 2e– |
Zn2+ |
|||||
2 H2O + 2e– |
H2 + 2 OH– |
|
|
|
|
|
||||
На свинцовом изделии, являющимся катодом, происходит восстановление ионов Zn2+, с образованием равномерного слоя цинка по всей поверхности свинцового изделия. Цинковый анод, при этом, растворяется, переходя в раствор в виде ионов Zn2+.
Хорошее цинковое покрытие получают при значениях pH = 3,5–4,5 , т.к. более высокая кислотность вызывает повышенный расход анодов и накопление Zn в растворе. При низкой кислотности (pH > 4,5) возникает опасность выпадения гидроксида цинка, что приводит к образованию катодного осадка.
Состав электролита (г/л):
–ZnSO4·7H2O – 200-300
–Al2(SO4)3·18H2O – 30
–Na2SO4·10H2O – 50-100
–декстрин – 8-10
Задание 170
Германий, нахождение в природе. Основные физические и химические свойства. Взаимодействие с элементарными окислителями O2, N2, C (приведите уравнения реакций). Охарактеризуйте получаемые при этом соединения и применение их в технике.
Решение:
Общее содержание германия в земной коре 7·10−4% по массе. В природе в свободном виде не встречается. Cобственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu2(Cu, Fe, Ge, Zn)2(S, As)4, аргиродит Ag8GeS6, ультрабазит и другие, включая открытые
лишь в последние десятилетия реньерит, штотит, конфильдит и плюмбогерманит. Основная масса германия рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов: в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах, в минералах других элементов, в природных водах, в почве и живых организмах. Содержится в виде примеси в силикатах, осадочных железных, полиметаллических, никелевых и вольфрамовых рудах, торфе, нефтях, термальных водах и водорослях.
Германий, Ge, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; порядковый номер 32, атомная масса 72,59. Германий – твердое вещество серо-белого цвета с металлическим блеском. Плотность твердого германия 5,327 г/см3
(25°С); жидкого – 5,557 (1000°С); tпл = 937,5°С; tкип – около 2700°С; коэффициент теплопроводности ~ 60 Вт/(м∙К) при 25°С. Даже весьма чистый германий хрупок при обычной температуре, но выше 550°С поддается пластической деформации. Твердость германия по минералогической шкале 6-6,5. Германий – типичный полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,104∙10-19 Дж или 0,69 эВ (25°С); удельное
электросопротивление германия высокой чистоты – 0,60 ом∙м при 25°С; подвижность электронов – 3900 и подвижность дырок – 1900 см2/в∙сек (25°С) (при содержании примесей менее 10-8%). Прозрачен для инфракрасных лучей с длиной волны больше 2 мкм.
При нагревании на воздухе до 500—700°С германий окисляется до окиси GeO и двуокиси GeO2 :
Ge + O2 = GeO2
Двуокись германия — белый порошок с tпл = 1116°С; растворимость в воде 4,3 г/л (20°С). По химическим свойствам амфотерна, растворяется в щелочах и с трудом в минеральных кислотах. Применение двуокиси германия: GeO2 является промежуточным продуктом при производстве чистого германия и его соединений; имеет показатель преломления ~ 1,7, что позволяет использовать его в качестве оптического материала для широкоугольных объективов и в линзах объективов оптических микроскопов; смесь диоксида кремния и диоксида германия используется в качестве материала для оптических волокон; используется в качестве катализатора при производстве
полиэтилентерефталевой смолы; используется в качестве сырья для производства некоторых люминофоров и полупроводниковых материалов.
С азотом (N2) германий непосредственно не реагирует, однако существует нитрид Ge3N4, получающийся при действии аммиака на германий при 700—800°С:
3 Ge + 4 NH3 = Ge3N4 + 6 H2
Нитрид германия – бесцветные или светло-желтые кристаллы; температура
разложения около 1400°С, начинает выделять N2 около 450 °С; плотность 5,25 г/см3; диамагнитен; не взаимодействует с водой, растворами щелочей и разбавленными кислотами.
С углеродом (C) германий не взаимодействует.