Задачи
9.1.
Определить степень окисления азота в следующих
соединениях:
NH
4
+
, NH
3
, N
2
H
5
+
, NH
3
OH
+
, N
2
, N
2
O, NO, HNO
2
, N
2
O
4
,
HNO
3
.
9.2.
Определить степень окисления элементов в следующих
соединениях:
KMnO
4
, K
2
Cr
2
O
7
, NH
4
NO
3
, H
2
SO
4
, CaH
2
, KClO
3
, H
2
S,
SO
2
, H
2
O
2
, NH
4
NO
2
, SrI
2
, MnO
2
.
9.3.
Закончить следующие реакции:
1) Cr
2
O
7
2
+ SO
3
2
+ H
+
→ Cr
3+
+ SO
4
2
+ …
2) CrO
4
2
+ SO
3
2
+ H
2
O → Cr(OH)
3
+ SO
4
2
+ …
Расставить стехиометрические коэффициенты.
9.4.
Используя стандартные электродные потенциалы, оценить
возможность протекания следующих реакций в водных растворах:
1)
PbO
2
+ H
2
O
2
+ H
2
SO
4
→
2)
FeCl
3
+ KI
→
3)
FeCl
3
+ KBr
→
4)
H
2
O
2
+ KBr
→
5)
H
2
O
2
+ I
2
+ H
2
SO
4
→
6)
I
2
+ Cl
2
+ H
2
O
→
7)
H
2
SO
3
+ H
2
SeO
3
→
Выбрать
наиболее
вероятные
продукты.
Расставить
стехиометрические коэффициенты реакций.
142
9.5.
Можно ли хранить водный раствор сульфата меди
(II
) в
цинковом сосуде или раствор сульфата цинка в медном сосуде?
Ответ обосновать.
9.2. Гальванический элемент
Важной
особенностью
окислительно
-
восстановительных
реакций является возможность пространственного разделения
полуреакций в специальном устройстве –
гальваническом
элементе
,
который состоит из двух
электродов.
Электрод
–
часть электрохимической системы, содержащая
сопряжѐнную
Ox/Red
пару и металлический проводник.
Электрод, на котором идѐт полуреакция
восстановления
,
называется
катодом
. Электрод, на котором идѐт полуреакция
окисления
–
анодом
.
Из
-
за
разности электродных потенциалов
(
∆Е
) в системе
возникает
электродвижущая сила
(
ЭДС
) элемента, которая
способна
совершать
работу
переноса
электронов
по
металлическому
проводнику
за
счѐт
окислительно
-
востановительной реакции. ЭДС гальванического элемента
измеряется в вольтах (В).
Для реакции, протекающей в гальваническом элементе, ЭДС
элемента равна
Е = Е
к
Е
а
и однозначно связана с
r
G
реакции:
r
G =
–
z
∙
F
∙
Е
,
где
z
–
число переносимых электронов,
F
= 96484 Кл/моль, число
Фарадея.
Потенциал электрода (
Е
) рассчитывается по уравнению Нернста:
Е = Е
º
+
d
Ох
П
П
zF
RT
Re
ln
,
где
Е
о
–
стандартный
потенциал
электрода
(справочная
величина),
П
Ох
и
П
Red
–
произведение концентраций (или
парциальных давлений для газообразных компонентов) частиц,
образующих окисленную и восстановленную формы
Ox/Red
пары.
При
Т
= 298
К, переходя к десятичным логарифмам, уравнение
можно записать как:
Е
=
Е
º
+
d
Ох
П
П
z
Re
lg
059
,
0
.
143
Стандартная ЭДС гальванического элемента
Е
º
равна разности
стандартных потенциалов:
Е
º
= Е
º
К
Е
º
А
и связана со стандартной
r
G
о
:
r
G
º
=
zF
Е
º
Абсолютное значение потенциала, возникающего между
металлическим проводником и раствором, в который он погружѐн,
измерить невозможно. На практике измеряется только разность
потенциалов между электродами в гальваническом элементе. Для
водных растворов в качестве точки отсчета потенциалов
используют
водородный
электрод
.
Полуреакция на электроде: 2Н
+
+ 2
е
= Н
2
.
C
тандартный
потенциал
водородного
электрода
(С(Н
+
) = 1
моль/л,
р
(
Н
2
)= 1
атм)
принят
равным
нулю
при
любой
температуре:
Е
º
2Н
+
/Н
2
= 0.
Величина
Е
о
характеризует окислительно
-
восстановительные
свойства сопряжѐнной пары
Ox/Red
. Обычно в справочниках
приводят значения
Е
о
для процесса восстановления:
Ox + ze
=
Red
.
Чем больше
величина
Е
º, тем сильнее
окислительные
свойства
Ox
и слабее восстановительные свойства
Red
, и наоборот: чем
меньше
Е
º, тем слабее
Ox
и сильнее
Red
.
Следует обратить внимание, что
Е
º
относится к одному молю
электронов (так же, как
∆Е
и
∆Е
º, которые не зависят от количества
переносимых электронов
z,
в отличие от
∆
r
G
º
).
Используя
Е
º, можно предсказывать направление О
-
В реакций
в
стандартных условиях
в любой комбинации полуреакций.
Задачи
Если специально не указана температура, то везде надо
принимать Т = 298 К.
9.6.
Что такое водородный электрод? Какая полуреакция в нѐм
протекает? Для какого процесса (полуреакции) и при каких
условиях величина стандартного электродного потенциала принята
за 0?
9.7.
Запишите уравнение Нѐрнста для полуреакций:
а
) Cu
2+
+ 2e = Cu(
тв
);
б
) H
+
+ e = 0,5H
2
(
г
);
144
в
) MnO
4
−
+ 8H
+
+ 5e = Mn
2+
+ 4H
2
O(
ж
).
9.8.
Рассчитать Е°
полуэлемента
SO
4
2
–
+ 8e + 10H
+
= H
2
S + 4H
2
O,
если
известны
Е°
для
:
а
) S + 2e + 2H
+
= H
2
S E
°
= +0,14 B
б
) SO
4
2
–
+ 6
е
+ 8
Н
+
= S + 4H
2
O E
°
= +0,36 B
9.9.
При какой концентрации
Cu
2+
потенциал медного электрода
равен нулю? (Т = 298 К)
9.10.
Вычислить рН раствора, в котором потенциал водородного
электрода равен:
а) –0,177 В;
б) –0,295 В.
Давление водорода р(Н
2
) = 1 атм. (Т = 298 К)
9.11.
Вычислить потенциалы водородных электродов (
T = 25
°С;
р(
H
2
) = 1 атм), погруженных в растворы кислот с рН = 2 и рН = 1.
При каком отношении давлений Н
2
потенциалы станут равны?
9.12.
Вычислить потенциал электрода:
С
lO
3
–
+ 6e + 6H
+
= Cl
–
+ 3H
2
O,
если концентрация С(
ClO
3
–
) = C(Cl
–
) = 1 моль/л и рН =
7.
9.13.
В гальваническом элементе при 25
°С протекает реакция
Cu
2+
+ Zn = Zn
2+
+ Cu
Для этой реакции Δ
G
°
298
=
–212,72 кДж.
а) Написать полуреакции, протекающие на аноде и катоде.
б) Определить ЭДС элемента при концентрациях
С(
Cu
2+
) = 0,1 моль/л и С(
Zn
2+
) = 0,01 моль/л.
9.14.
ЭДС элемента, состоящего из электродов:
Sn
в растворе
SnCl
2
неизвестной концентрации и
Pb
в 1∙10
–
3
М растворе
Pb(NO
3
)
2
при 25
°С равна 0,0395 В.
а) Какие процессы могут протекать в элементе и каковы
значения Δ
G
и Δ
G
°
этих процессов?
б) Определить концентрацию
SnCl
2
.
9.15.
Вычислить
потенциал
серебряного
электрода,
погруженного в насыщенный раствор
AgI.
а) При какой концентрации
Ag
+
потенциал электрода будет
равен нулю?
145
б) При какой концентрации
I
потенциал электрода
будет равен
нулю?
9.16.
Серебряный электрод погружен в насыщенный раствор
Ag
2
S
. Его потенциал Е = –0,18 В. Вычислить произведение
растворимости К
L
для
Ag
2
S.
9.17.
В гальваническом элементе протекает реакция:
PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb = 2PbSO
4
+ 2H
2
O.
Определить:
а) стандартную ЭДС;
б) электродные потенциалы в условиях: С
0
(H
2
SO
4
) = 0,1 моль/л и
количество каждого твѐрдого компонента составляет 2 моля.
Принять, что
H
2
SO
4
диссоциирует по обеим ступеням полностью.
9.18.
Будет ли металлическое серебро выделять водород при
взаимодействии:
а) с серной кислотой;
б) с иодоводородной кислотой?
9.19.
Гальванический элемент составлен из хлорсеребряного и
каломельного электродов. Определить ЭДС элемента и реакцию,
протекающую в элементе, учитывая,
что стандартный
потенциал
каломельного электрода больше, чем хлорсеребряного на 0,046 В, а
концентрация ионов
Cl
–
для каломельного электрода в 100 раз
больше, чем для хлорсеребряного (Т = 298 К).
9.20.
Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного
из:
а) стандартных хлорсеребряного и бромсеребряного электродов;
б) двух серебряных электродов, погруженных в насыщенные
растворы
AgCl
и
AgBr
, соответственно.
Написать реакцию, протекающую в элементе.
Достарыңызбен бөлісу: |