Решение:

Составим схему электролиза 1 М раствора ZnSO₄ (рН = 5) на графитовых электродах:

К(-) С | ZnSO₄, H₂O | С (+)A

1М, рН=5

↓

Zn ²⁺ ← Zn ²⁺ + SO₄^2- → SO₄^2-

Н⁺ H₂O

H₂O

Исходя из условия задачи: φ⁰_Zn2+/Zn = – 0,763В (1 М раствор Zn SO₄) больше φ^р _2н+/н2 = – 0,059рН = – 0,059 ∙ 5 = – 0,295 В (рН раствора равен 5). Отсюда, с учетом факторов, определяющих последовательность разряда частиц на электродах, запишем уравнения электродных реакций:

К: Zn ²⁺ + 2е = Zn; А: 2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺,

в растворе у анода 4Н⁺ + 2SO₄^2- = 2H₂SO₄.

Суммарное уравнение электролиза в молекулярной форме имеет вид

2ZnSO₄ + 2H₂O = 2Zn + O₂ + 2H₂SO₄.

Из соотношения:

Вт = m_пр / m_р найдем m_р = 65 / 0,8 = 81,25г

Рассчитаем количество выделившегося на аноде кислорода, используя 2 – ой закон Фарадея.

= , откуда V⁰_О2 =

Э(Zn) = = = 32,5 г / моль

Объем эквивалента О₂ при н.у. рассчитывается исходя из мольного объема, который при н.у. равен 22,4л. Т.к. эквивалент О₂(8г/моль) в 4 раза меньше его мольной массы (32 г/моль), то V⁰_э(О2) = 22,4 / 4 = 5,6л.

Следовательно,

V⁰_О2 = = 14л, что составляет 14 / 5,6 = 2,5Э.

Согласно 2 – ому закону Фарадея, через электролит прошло количество электричества Q = 2,5F = 2,5 ∙ 96500 = 241250 Кл

Задача 138.

Цинк находится в контакте с никелем в условиях влажной атмосферы (Н₂О, О₂). Составьте уравнения процессов гальванокоррозии и рассчитайте, на сколько уменьшится масса анода и чему будет равна сила тока, если за 1 мин 20 с восстановилось 0,034 л О₂(н.у.).

Решение:

Так как φ⁰_{Zn 2+/ Zn} = – 0,763В меньше φ⁰_Cu2+/Cu = + 0,337В (см.прил.2[1]), то цинк – анод, а медь – катод. В случав нарушения целостности покрытия возникает коротко – замкнутый гальванический элемент:

А (–) Zn | Н₂О, О₂| Си (+) К

A: Zn – 2е = Zn ²⁺

К: 2Н₂О + О₂ + 4е = 4ОН^–

2Zn + 2Н₂О + О₂ = 2Zn(ОН)₂ – суммарное уравнение

Рассчитаем количество металла, используя 2 – ой закон Фарадея.

= , откуда m(Zn) =

Э(Zn) = = = 32,5 г / моль

Объем эквивалента О₂ при н.у. рассчитывается исходя из мольного объема, который при н.у. равен 22,4л. Т.к. эквивалент О₂(8г/моль) в 4 раза меньше его мольной массы (32 г/моль), то V⁰_э(О2) = 22,4 / 4 = 5,6л. Следовательно,

m(Zn) = = 0,38г, что составляет 0,38 / 32,5 = 0,012Э.

Согласно 2 – ому закону Фарадея, через электролит прошло количество электричества Q = 0,012F = 0,012 ∙ 96500 = 1158 Кл

Рассчитаем силу тока:

Q = I ∙ τ

1158 = I ∙ 80

I = 1158 / 80 = 14,475А

Ответ: m(Zn) = 0,38г; I = 14,475А

Задача 152.

Щелочные серебряно – цинковые аккумуляторы: схема, уравнения процессов разрядки и зарядки. Основные характеристики, преимущества, недостатки, применение.

Решение:

Для питания различных приборов используются малогабаритные с высоким КПД цинк - серебряные аккумуляторы

(A)Zn |KOH|Ag₂O, Ag.

Суммарное уравнение процессов разряда и заряда

Zn + Ag₂O + H2O = Zn(OH)₂ + 2Ag.

К преимуществам серебряно – цинковых аккумуляторов отно­сится то, что они хорошо переносят высокие температуры, малогаритные, высокое КПД. Недостатки - невысокие сред­нее напряжение (1,6-1,85 В), ресурс не превышает 100 – 200 циклов, высокая стоимость серебра. Применяются в космической технике.

Задача 166.

Кремний, основные физические свойства, электронная формула и химическая связь. Напишите уравнения реакций взаимодействия кремния со сложными окислителями.