К., Касенова Н. Б. Бейорганикалық химиядан зертханалық жұмыстар

Өзін-өзі тексеруге арналған жаттығулар

жүктеу/скачать 2,71 Mb.

бет	30/65
Дата	20.09.2022
өлшемі	2,71 Mb.
	#150016

1 ... 26 27 28 29 30 31 32 33 ... 65

Байланысты:
Бейорганикалық химиядан зертханалық жұмыстар методичка

ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №12

Өзін-өзі тексеруге арналған жаттығулар:
1.Көрсетілген реакция жүруі үшін гальваникалық элемент қалай құрылуы керек?

Нұсқа	Реакция теңдеуі
1	Mg + 2H⁺=Mg²⁺ + H₂
2	3H₂+ 2Bi³⁺ = 6H⁺ + 2Bi⁰
3	Zn + 2Ag⁺ = Zn²⁺ + 2Ag
4	Cd + CuSO₄ = CdSO₄+Cu
5	Sn + Cu²⁺ = Cu+ Sn²⁺
6	Zn + Hg₂SO₄=ZnSO₄+ 2Hg
7	Pb + Hg(NO₃)₂ = Pb(NO₃)₂ + Hg
8	2Ag⁺ + H₂ = 2Ag+ 2H⁺
9	Mn + 2HCl = MnCl₂ + H₂
10	Fe + Pb²⁺ = Fe²⁺ + Pb
11	3H₂+ 2Au³⁺ = 6H⁺ + Au
12	Zn+ NiSO₄= ZnSO₄+ Ni
13	2Al+ 3CuCl₂=2AlCl₃+ 3Cu
14	Zn+ Fe²⁺ = Zn²⁺ + Fe
15	Mg+ Zn²⁺ = Mg²⁺ +Zn

2. Келесі коррозиялық элементтермен жұмыс істегенде қай металл ериді? Катодты және анодты аудандағы электрохимиялық процестердің теңдеуін құрыңдар және деполяризация типін анықтаңдар. Тоқ күші I А және уақыт τ мин кезінде коррозияға түсетін металл массасы қаншаға төмендейді?

Нұсқа	Коррозиялы гальвано-бу	I, А	τ, мин	Жауабы: ∆m, г
1	Cr \| HCl \| Cu	5	15	0,54
2	Fe \| H₂SO₄ \| Zn	7,5	20	3,02
3	Mg \| HCl \| Sn	7	15	0,78
4	Fe \| H₂SO₄ \| Ni	5	20	1,74
5	Sn \| H₂SO₄ \| Cu	6	30	6,64
6	Ag \| NaCl, H₂O, O₂ \| Cu	5	35	3,47
7	Fe \| H₂O, O₂ \| Ni	6	15	1,56
8	Zn \| H₂O, O₂ \| Cu	7	20	2,82
9	Ni \| H₂O, H₂ S\| Ag	2	30	1,09

3. Металдың қандай жабыны анодтық және катодтық деп аталады? а) анодты б) катодты темір жабын қызметін атқаратын бірнеше металды атаңдар. а) ылғал ауадағы б) күшті қышқыл ортада мыспен қапталған темір коррозиясының схемасын құрыңдар.

4.Темір бұйымды кадмиймен қаптады.Бұл қандай жабын анодтық – катодтық? Неліктен? Ылғал ауада және тұз қышқылында жабын зақымданған кезде осы бұйымның анодты және катодты коррозия процесінің электронды теңдеуін құрастырыңдар. Бірінші және екінші жағдайда коррозияның қандай өнімдері түзіледі?
5. Темір бұйымды қорғасынмен қаптады. Бұл қандай жабын анодтық – катодтық? Неліктен? Ылғал ауада және тұз қышқылында жабын зақымданған кезде осы бұйымның анодты және катодты коррозия процесінің электронды теңдеуін құрастырыңдар. Бірінші және екінші жағдайда коррозияның қандай өнімдері түзіледі?
6. Бірі қалайымен, бірі мыспен қапталған екі темір пластинкасы ылғал ауада тұр. Осы пластинкалардың қайсысында тат тез түзіледі? Неліктен? Осы пластинкалардың анодты және катодты коррозия процестерінің электронды теңдеуін құрыңдар. Темір коррозиясы өнімдерінің құрамы қандай?

ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №12

Гальваникалық элементтің ЭҚК өлшеу және тоқ түзетін реакцияның

Гиббс энергиясының өзгерісін анықтау

Жұмыстың мақсаты: Берілген тұз концентрациясы кезіндегі гальваникалық элементтің ЭҚК өлшеу, тоқ түзетін реакцияның тепе-теңдік константасын және Гиббс энергиясының өзгерісін есептеу.
Маңызды түсініктер: гальваникалық элемент, жартылай элемент, активтілік, электр қозғаушы күш.
! Білу керек: 1. Гальваникалық элементтің тотығу-тотықсыздану реакциясындағы рөлі. 2. Анод және катодтың электродты потенциалдық мәндері. 3. Нернст теңдеуі. 4. Гальваникалық элементтің ЭҚК.

ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ

Гальваникалық элемент тотығу-тотықсыздану реакциясындағы химиялық энергия электр энергиясына айналатын құрылғы. Гальваникалық элемент электролит ерітіндісіне батырылған металдық элемент болып табылатын екі жартылай элементтерден тұрады. Жартылай элементтер тоқ өткізетін ерітіндімен (тұзды көпір) толтырылған түтікше көмегімен электрлік тізбекке жалғанады.

Гальваникалық элементтің электродында тотығу-тотықсыздану реакциялары жүреді.
Тотығу жүретін электрод анод деп аталады. Гальваникалық элементте анод төмен электродты потенциалға ие металл болып табылады.
Тотықсыздану жүретін электрод катод деп аталады.
Анод және катодтың электродты потенциалдық мәндері Нернст теңдеуімен анықталады (Т = 298 К кезінде):
, (1)
мұндағы ₀ – стандартты электродты потенциал; n – катион заряды (металдың тотығу дәрежесі); а –ерітіндідегі металл ионының активтілігі.
Активтілік тиімді концентрация болып табылады. Электролит активтілігі а концентрациямен С байланысты теңдеуі
а = ∙ С
мұндағы – идеалды ерітіндіден берілген ерітіндінің қасиеттерінің айырмашылығын сипаттайтын активтілік коэффициенті.
Электродты потенциалды біле отырып, гальваникалық элементтің ЭҚК анықтауға болады.
Гальваникалық элементтің ЭҚК катод және анодтың электродты потенциалдарының әртүрлілігін көрсетеді:
Е= _кат - _ан., (2)
мұндағы Е – гальваникалық элементтің ЭҚК; _кат – катодтың электродты потенциалы; _ан– анодтың электродты потенциалы.
Нернст теңдеуіндегі (1) катод және анод потенциалдар мәндерін (2) теңдеуге қойсақ, стандартты емес жағдайдағы элементтің ЭҚК есептеу үшін формула аламыз
, (3)
мұндағы Е⁰– стандартты жағдайдағы элементтің ЭҚК; а_т-т-ш – металл ионы активтілігі – тотықтырғыш ; а_т-с-ш – металл ионы активтілігі – тотықсыздандырғыш.
Егер гальваникалық элементте химиялық тоқ түзетін реакция қайтымды жүрсе, онда тұрақты температура және қысымдағы Гиббс энергиясының (∆G) өзгерісі мен ЭҚК (Е) арасындағы байланыс мына қатынаспен сипатталады:
∆G = -nFЕ , (4)
мұндағы F –Фарадей саны (F = 96500 Кл/моль).
Гальваникалық элементтің ЭҚК жоғары нақттылықпен тәжірибелік түрде өлшеуге болады. Мұнда ∆G анықтаудың тәжірибелік әдісі негізделген.
Келесі қатынастардан Гиббс энергиясын қолданып гальваникалық элементте жүретін реакцияның тепе-теңдік константасын есептеуге болады.
немесе
осыдан
298 К температура кезінде
(5)

ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ

Оқытушыдан тапсырма алып, 11.1. суретте көрсетліген схемаға сәйкес гальваникалық элементті жинайды

Сурет.11.2. Гальваникалық элемент схемасы;
1,5 – электродтар; 2,4 – ерітіндісі бар ыдыстар;
3-тұзды көпір (0,5 н КNO₃ ерітіндісі).
1. Екі құрғақ стаканға 10-20 мл-ден дайындалған электролит ерітіндісін құйыңдар. Стакандарды ұстағыш блогына тереңдетіп орналастырады.
2. Стакандарды қақпақпен жауып, тесіктеріне сәйкес электродтарды қояды.
3. Жартылай элементтерді тұзды көпірмен жалғайды.
4. Гальваникалық элементті ионөлшеуішке қосып, ЭҚК (Е_тәж) өлшеңдер. Тәжірибелік мәнді дәптерге жазыңдар.
5. Жұмыс аяқталғаннан кейін стакандарды жуып, электродтарды сүртеді, тұзды көпірді калий нитраты ерітіндісіне салады.

Тәжірибелік мәліметтерді өңдеу

Гальваникалық элементтің схемасын жазыңдар. Химиялық және тоқ түзетін реакция теңдеуін келтіріңдер.
Электролит ерітінділерінің активтілігін есептеңдер (а), активтілік коэффициенті кестеде көрсетілген (жұмыс соңындағы қосымшада қара).
(2) теңдеу бойынша электрод потенциалдарының стандартты мәндері бойынша элементтің стандартты ЭҚК кестелік мәндерін (Е⁰_кесте) есептеңдер.
Гальваникалық элементтің тәжірибе бойынша өлшенген ЭҚК мәнін (Е_тәж) (3) теңдеуді қолданып, элементтің стандартты ЭҚК тәжірибелік мәндерін (Е⁰_тәж.) есептеп, оны Е⁰_кесте мәнімен салыстырыңдар.
(4) және (5) теңдеулер бойынша элементтің стандартты ЭҚК тәжірибелік мәні (Е⁰_тәж.) бойынша тотығу-тотықсыздану (тоқтүзетін) реакцияларының тепе-теңдік константасын К_т және Гиббс энергиясының (∆G ) өзгеруін есептеңдер.
Термодинамикалық мәліметтерден алынған Гиббс энергиясының өзгерісін есептеп, оны элементтің ЭҚК арқылы есептелген ∆G мәнімен салыстырыңдар.
Өлшеулер және есептелген мәліметтер нәтижесін хаттама түрінде көрсетеді:

Иондар активтілігі (а_т-т-ш), моль/л –
Иондар активтілігі (а_т-с-ш), моль/л –
–
Е_тәж_.,В –
∆G, Дж –
Е⁰_тәж_., В –
Е⁰_есте, В –
–
–
Жасалынған тәжірибе нәтижелерін оқытушыға көрсетіп, қорытынды жасаңдар.

Типтік есептеу
Мысал. Гальваникалық элементтің ЭҚК тәжірибелік мәні Cd / CdSO₄ // AgNO₃/Ag Е_тәж=1,05 В тең. Элемент жұмысын қарастыру, ЭҚК стандартты мәнін Е⁰_тәж (тәжірибелік), Гиббс энергиясы ∆G₂₉₈⁰ өзгерісін және тепе-теңдік константасын К есептеңдер.
CdSO₄ ерітінді концентрациясы 1м тең, ал AgNO₃ – 0,1 м тең.

Электродты потенциалдар кестесінен келесіні табамыз

⁰Cd / Cd⁺² = – 0,40 В, а ⁰Ag / Ag⁺ = + 0,799В.
Осыған сәйкес, кадмий гальваникалық элементте теріс электрод болады, ал күміс – оң.
е

А (–) Cd / CdSO₄ // AgNO₃/Ag (+) К

Cd⁰ – 2е → Сd²⁺ Ag⁺ +1е → Ag ⁺
^{тотықсыздандырғыш}^{тотықтырғыш}
тотығу тотықсыздану
Cd⁰ +2Ag⁺ = Cd²⁺ +2Ag⁰тоқтүзуші реакцияның
Cd+2AgNO₃= Cd (NO₃)₂ +2Ag } теңдеуі
2. Формула бойынша электролит ерітіндісінің активтілігін есептейміз, а = ∙ с. Кестеден табамыз (CdSO₄) = 0,041, (AgNO₃) = 0,734
А_т-с-ш= а (Сd²⁺) = 0,041∙ 1 = 0,041
А_т-т-ш = а (Ag⁺) = 0,734∙0,1= 0,0734

(2) теңдеу бойынша кестелік стандартты ЭҚК Е⁰_кесте есептейміз.

Е⁰_кесте = ⁰_кат- ⁰_ан = ⁰Ag / Ag⁺ - ⁰Cd / Cd⁺² = 0,799+ 0,40=1,199

(3) теңдеуден Е⁰_тәжтабамыз

5. (4) теңдеуден ∆G₂₉₈⁰ есептейміз:
∆G₂₉₈⁰ = – nF Е⁰_эксп = – 2∙96500 ∙1,0425= – 201142 Дж = – 201,142 кДж
6. (5) теңдеу бойынша тепе-теңдік константасын есептейміз К_р.
∆G₂₉₈⁰ = – RT ln немесе lg = n Е⁰_эксп / 0,059
lg = 2 ∙ 1,0425 / 0,059 35 = 10³⁵

7. Гальваникалық элемент жұмысы кезіндегі ерітіндіде өтетін тоқтүзетін реакция үшін ∆G₂₉₈⁰ есептейміз

Cd +2Ag⁺ = Cd²⁺ +2Ag
∆G₂₉₈⁰ = ∆G₂₉₈⁰(Cd²⁺) - 2∆G₂₉₈⁰(Ag⁺) = –77,65-2∙77,1 = –231,85 (кДж)
∆G₂₉₈⁰(Cd²⁺) = –77,65 кДж / моль,
∆G₂₉₈⁰ (Ag⁺) = 77,1 кДж/моль, (анықтамадан).

∆G₂₉₈⁰ тәжірибелік және кестелік мәндері бір-біріне жақын, алайда тәжірибелік мәні жоғары, ол Е⁰_тәж және Е⁰_кесте мәндерімен сәйкес келеді.

Кесте
25 °С кезіндегі бірнеше электролиттердің судағы ерітіндісіндегі иондардың орташа активтіліккоэффициенттері .

Моляльділік	AqNO₃	CdSO₄	CuSO₄	Pb(NO₃)₂	ZnSO₄
0,001	-	0,726	0,74	0,83	0,700
0,002	-	0,639	-	0,84	0,608
0,005	0,925	0,505	0,573	0,76	0,477
0,01	0,897	0,399	0,438	0,69	0,387
0,02	0,860	0,307	0,317	0,60	0,298
0,05	0,793	0,206	0,217	0,46	0,202
0,1	0,734	0,150	0,150	0,37	0,150
0,2	0,657	0,102	0,104	0,27	0,104
0,5	0,534	0,061	0,062	-	0,063
1,0	0,428	0,041	0,043	0,043	0,044

жүктеу/скачать 2,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 26 27 28 29 30 31 32 33 ... 65