Варианты заданий к разделу VIII

Номер варианта	Номера заданий	Номер варианта	Номера заданий
1	27, 28, 55, 81, 111, 141,	16	12, 43, 77, 96, 126, 156
2	26, 29, 70, 82, 112, 142	17	11, 44, 63, 97, 127, 157
3	25, 30, 56, 83, 113, 143	18	10, 45,78, 98, 128, 158
4	24, 31, 71, 84, 114, 144	19	9, 46, 64, 99, 129, 159
5	23, 32, 57, 85, 115, 145	20	8, 47, 54, 100, 130, 160
6	22, 33, 72, 86, 116, 146	21	7, 48, 79, 101, 131, 161
7	21, 34, 58, 87, 117, 147	22	6, 49, 65, 102, 132, 162
8	20, 35, 73, 88, 118, 148	23	5, 50, 80, 103, 133, 159
9	19, 36, 59, 89, 119, 149	24	4, 51, 66, 104, 134, 154
10	18, 37, 74, 90, 120, 150	25	3, 52, 59, 105, 135, 153
11	17, 38, 60, 91, 121, 151	26	2, 53, 67, 106, 136, 155
12	16, 39, 75, 92, 122, 152	27	1, 36, 73, 107, 137, 151
13	15, 40, 61, 93, 123, 153	28	18, 44, 68, 108, 138, 145
14	14, 41, 76, 94, 124, 154	29	14, 42, 55, 109, 139, 148
15	13, 42, 62, 95, 125, 155	30	26, 31, 69, 110,140, 156.

IX. Электрохимия

Гальванический элемент, электродный потенциал.

Гальваническим элементом называется система, превращающая химическую энергию в электрическую.

В результате протекания химических реакций в гальванических элементах осуществляются процессы, обуславливающие возникновение разности потенциалов и электрического тока.

При погружении металлического электрода в воду или в раствор электролита возникает обратимая электродная реакция .

Происходит окисление металла, ионы которого переходят в раствор, если концентрация ионов металла в растворе меньше равновесной. Данная химическая реакция вызывает возникновение разности потенциалов между поверхностью металла и раствором (принято называть это явление “возникновением скачка потенциала на границе раздела металл-раствор”). Величина данной разности потенциалов в настоящее время не может быть измерена экспериментально.

Электродвижущей силой (ЭДС) гальванического элемента называется наибольшая разность потенциалов его электродов.

Сейчас практически при определении электродных потенциалов измеряют ЭДС гальванического элемента, составленного из двух электродов (полуэлементов): неизвестного, потенциала которого необходимо узнать, и стандартного (нормального) водородного электрода, потенциал которого условно принят равным 0,00 (В).

В теории и практике имеют дело с двумя величинами: электродным и стандартным электродным потенциалом.

Электродным потенциалом называется величина ЭДС гальванического элемента, образованного данным электродом и стандартным водородным электродом.

Стандартным (нормальным) электродным потенциалом называется величина ЭДС гальванического элемента, образованного стандартным водородным электродам и данным электродом при стандартных условиях (температура 298 К, давление 760 мм. рт. ст., активная концентрация ионов металла в растворе 1 моль/л).

Для электродного потенциала справедливо выражение Нернста

(9.1), где R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура, F – число Фарадея (96500 моль/Кл), n – число отданных или принятых электронов, - активная концентрация в моль/л.

При достаточном разбавлении активность в данном уравнении можно заменить концетрацией ионов металла в растворе, заменив в уравнении натуральный логарифм на десятичный, получаем

Пример 1. Гальванический элемент образован пластинками меди и цинка, погруженными в растворы солей CuSO₄ и ZnSO₄, между растворами электролитический мостик. В каком направлении протекает ток, какие реакции определяют работу данного гальванического элемента.

Решение. Так как цинк боле активный металл, его электродный потенциал меньше, чем у меди, то в данном гальваническом элементе он будет отрицательным электродом. Если замкнуть внешнюю цепь, то электроны будут перемещаться от цинка к меди.

Весь процесс можно представить следующими реакциями:

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Zn – 2 e → Zn²⁺

Cu²⁺ +2e → Cu

Следовательно, цинковая пластинка будет растворяться, а на медной выделится определенное количество меди.

Таким образом, в гальваническом элементе источником электрической энергии служит энергия химической реакции окисления – восстановления.

Отметим, что чем дальше расположены друг от друга в ряду напряжений металлы, тем большую Э.Д.С. будет давать гальванический элемент, составленный из этих металлов.

Пример 2. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погруженного в 0,02 М раствор нитрата свинца. Вычислить Э.Д.С. элемента, написать уравнения электродных процессов, составить схему элемента.

Решение: Чтобы определить Э.Д.С. элемента, необходимо вычислить электродные потенциалы. Для этого находим в таблице значения стандартных электродных потенциалов систем:

В

В, а затем рассчитываем значения по уравнению Нернста.

В

В.

Находим э.д.с. элемента:

Е = - = -0,18-(-0,79)=0,61В.

Поскольку > , то на свинцовом электроде будет происходить восстановление, т.е. он будет служить катодом:

Pb²⁺ +2e → Pb.

На цинковом электроде будет протекать процесс окисления

Zn – 2 e → Zn²⁺, т.е. этот электрод будет анодом. Схема рассматриваемого гальванического элемента имеет следующий вид:

Zn/Zn(NO₃)₂ (0,1M)// Pb(NO₃)₂ (0,02M)/Pb.

Электролиз расплавов и водных растворов солей

Окислительно-восстановительные реакции, протекающие при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита, называется электролизом. Катионы будут двигаться к отрицательному электроду, катоду, а анионы к положительному электроду, аноду. При этом на катоде протекают процессы восстановления, а на аноде – процесс окисления. В зависимости от того, из каких материалов изготовлен положительный электрод, различают инертные и растворимые аноды.

Инертные аноды могут быть металлические (Pt, Au) и неметаллические (уголь, графит), растворимые аноды из металлов: хрома, никеля, цинка, серебра, меди и т.д.

Существует определенная последовательность разряжения ионов на электродах при электролизе водных растворов электролитов, а именно:

1.При электролизе водных растворов солей металлов, расположенных в ряду напряжений от начала до алюминия включительно, катионы которых обладают слабой тенденцией к присоединению электронов, на катоде восстанавливаются ионы водорода.

2.При электролизе растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжений правее водорода, на катоде восстанавливаются ионы металлов, так как процесс разряжения их протекает при более низких значениях электродного потенциала, и следовательно, чем меньшей восстановительной способностью характеризуется его атомы, тем больше окислительная способность его ионов.

3. При электролизе водных растворов солей металлов Zn, Fe, Cd, Ni и др., занимающих в ряду стандартных электродных потенциалов среднее положение между перечисленными группами, процесс восстановления на катоде происходит по обеим схемам. Масса выделившегося металла не соответствует в этих случаях количеству протекшего электрического тока, часть которого расходуется на образование водорода.

4. При электролизе растворов солей бескислородных кислот на инертном аноде разряжаются анионы кислотных остатков (I^-, Br^-, Cl^-, S^2-), а при электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот на аноде разряжаются молекулы воды: 2H₂O - 4e → O₂ + 4H⁺.

Если анод растворимый, то происходит окисление самого анода - он растворяется.

Пример 3. Как протекает электролиз раствора нитрата серебра?

Решение. Запишем уравнение электролитической диссоциации соли и воды:

AgNO₃ → Ag⁺ + NO₃^-

H₂O → OH^- + H⁺.

На катоде будут разряжаться катионы Ag⁺ , так как в ряду напряжений он стоит правее H⁺. На инертном аноде при электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот разряжаются молекулы воды:

2H₂O - 4e → O₂ + 4H⁺.

В межэлектродном пространстве накапливаются ионы H⁺ и ионы NO₃^-, т.е. образуется НNO₃. Суммарное уравнение электролиза может быть записано.

4AgNO₃ + 2H₂O → 4Ag + 4НNO₃ + О₂.

Задание к разделу IX

Определить потенциал металлического электрода, погруженного в раствор его соли данной концентрации, или рассчитать концентрацию электролита при известном значении потенциала, в соответствии с таблицей и номером задания:

Номер задания	Металл электрода	Электролит	Концентрация электролита (моль/л)	Потенциал в нестандартных условиях (В)
1	цинк	сульфат цинка	0,01	?
2	платина	соляная кислота	?	0,05
3	медь	нитрат меди	0,1	?
4	алюминий	хлорид алюминия	?	-0,125
5	свинец	нитрат свинца (II)	0,001	?
6	платина	серная кислота	0,005	?
7	платина	серная кислота	?	-0,25
8	марганец	сульфат марганца	0,01	?
9	кадмий	сульфат кадмия	0,02	?
10	висмут	нитрат висмута (III)	0,0001	?
11	никель	сульфат никеля	0,01	?
12	серебро	нитрат серебра	?	1,0
13	графит	серная кислота	0,005	?
14	магний	сульфат магния	0,01	?
15	железо	сульфат железа	?	-0,48
16	палладий	нитрат палладия	0,01	?
17	кобальт	сульфат кобальта	?	-0,126
18	свинец	нитрат свинца (II)	?	0,126
19	олово	хлорид олова (II)	0,1	?
20	углерод	соляная кислота	0,001	?

21. Вычислить значение электродного потенциала процесса Pb²⁺ →Pb ⁴⁺, если концентрация [Pb²⁺]= 0.01, [Pb ⁴⁺]=10^-2 моль/л.

22.Вычислить потенциал водородного электрода, погруженного в чистую воду и с концентрацией ионов водорода 10^-3 моль/л.

23. Определить концентрацию ионов водорода в растворе серной кислоты, в которую погружен платиновый электрод, потенциал которого равен - 0,045 В.

24. Вычислить значение электродного потенциала процесса Мn⁴⁺ →Мn²⁺, если концентрация [Мn²⁺]= 0,1, [Мn⁴⁺]=10^-2 моль/л.

25. Рассчитать рН водородного электрода, погруженного в 0,01 М раствор соляной кислоты.

26. Вычислить значение электродного потенциала процесса Co²⁺ →Co³⁺, если концентрация [Co²⁺]= 0,01 моль/л, [Co³⁺]=10^-2 моль/л.

27. При каком значении рН потенциал водородного электрода равен -0,18B.

28. Вычислить значение электродного потенциала процесса Pb²⁺ →Pb⁴⁺, если концентрация [Мn²⁺]= 0,01 моль/л, [MnO₂]=10^-2 моль/л.

29. Определить концентрацию ионов водорода в растворе серной кислоты, в которую погружен платиновый электрод, потенциал которого равен -118 мВ.

30. Вычислить значение электродного потенциала процесса 2J^- → J₂⁰, если концентрация [J^-]= 0,01 моль/л, [J₂⁰]=10^-3 моль/л.

31. Вычислить значение электродного потенциала процесса Sn⁴⁺ →Sn²⁺, если концентрация [Sn²⁺]= 0,01 моль/л, [Sn⁴⁺]=10^-2 моль/л.

Схемы гальванических элементов. Расчет ЭДС.

32. Напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС гальванического элемента, образованного сочетанием кадмиевого электрода в растворе CdCl₂, [Cd²⁺]=0.01 моль/л и цинкового электрода в растворе ZnCl₂, [Zn²⁺]=2∙10^-2 моль/л.

33. При какой концентрации ионов Cd²⁺ (моль/л) будет равно нулю ЭДС элемента, составленного из стандартного железного электрода и кадмиевого электрода, погруженного в раствор, содержащий ионы Cd²⁺?

34. Напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС гальванических пар, для которых указаны концентрации ионов металла в растворе: Ni/Ni²⁺//Pb²⁺/Pb, [Ni²⁺]=2∙10^-2 моль/л, а [Pb²⁺]=5∙10^-3 моль/л.

35. Напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС серебряно-кадмиевого гальванического элемента, если образующие его электроды погружены в растворы с концентрацией катионов, соответственно 0,1 и 0,005 моль/л.

36.Напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС концентрационного элемента, образованного сочетанием цинковых электродов, погруженных в растворы ZnSO₄ с концентрацией 4∙10^-2 и 3,2∙10^-3 моль/л.

37. Напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС серебряно-цинкового гальванического элемента, если образующие его электроды погружены в растворы с концентрацией катионов 0,01 моль/л.

38. Напишите уравнения электродных реакций и вычислите ЭДС гальванических пар для которых указаны концентрации ионов металла в растворе: Ni/Ni²⁺//Pd²⁺/Pd, [Ni²⁺]=4∙10^-2 моль/л, а [Pd²⁺]=5∙10^-3 моль/л.

Составить схему гальванического элемента, записать анодные и катодные реакции, рассчитать ЭДС полученного элемента (гальваническая пара и концентрации катионов металлов приведены в таблице в соответствии с вариантом).

Номер задачи	Гальваническая пара	моль/л	моль/л
39	Pb2+, Pb и Co2+, Co	0,0004	0,002
40	Ni, Ni2+ и Pb2+, Pb	0,05	0,07
41	Al, Al3+ и Al, Al3+	0,02	0,001
42	Fe, Fe2+ и Sn, Sn2+	0,005	0,005
43	Ni, Ni2+ и Cr3+, Cr	0,05	0,07
44	Mg, Mg2+ и Sn, Sn2+	0,1	0,1
45	2H+, H2(Pt) и Co2+, Co	0,01	0,1
46	Hg, Hg2+ и Zn, Zn2+	0,001	0,01
47	Mg, Mg2+ и Fe, Fe2+	0,02	0,1
Номер задачи	Гальваническая пара	моль/л	моль/л
48	Mn, Mn2+ и Mn, Mn2+	0,0004	0,004
49	Hg, Hg2+ и Fe, Fe2+	0,02	0,02
50	Au, Au3+ и Cd, Cd2+	0,01	0,0001
51	Be2+, Be и Nb, Nb3+	10-2	10-3
52	Zr3+, Zr и V2+, V	10-4	10-2
53	Pb2+, Pb и Cu2+, Cu	0.01	0,001
54	Sn, Sn4+ и Ni, Ni2+	10-5	10-3
55	Ni, Ni2+ и Fe3+, Fe	0,00001	0,0001

56. Составить схемы гальванических элементов: а)Al³⁺, Al; Mn²⁺, Mn; б) Co²⁺, Co; Mg²⁺, Mg и указать в них функции каждого полуэлемента. Составить анодные и катодные полуреакции.

57.На сколько изменится потенциал цинкового электрода, если раствор соли цинка разбавить в 10 раз?

58. При каком условии будет работать элемент, составленный по схеме:

Ni/Ni²⁺// Ni/Ni²⁺, привести пример с доказательством?

59. . Составить схемы гальванических элементов: а)Pt, H₂/H⁺; Mn²⁺, Mn б); Pt, H₂/H⁺; Ag²⁺, Ag и указать в них функции каждого полуэлемента. Составить анодные и катодные полуреакции.

60. Будет ли работать элемент, составленный по схеме: Cd²⁺/Cd// Cd²⁺/Cd, если [Cd²⁺]₁= 0.01М, [Cd²⁺]₂= 0.02 М

Электролиз водных растворов и расплавов электролитов.

61. В какой последовательности будут восстанавливаться катионы из растворов солей, содержащих ионы: Co²⁺, Ni²⁺, Ca²⁺, Na⁺?

62. Показать, существует ли разница в продуктах электролиза растворов и расплавов солей хлорида никеля (II), иодида калия.

63. Написать уравнения электролиза на платиновых электродах водных растворов сульфата никеля (III), ортофосфорной кислоты.

64.Электролиз на Pt электродах растворов нитрата олова (II), сульфата калия.

65. Электролиз растворов нитрата серебра, хлорида железа (II) с цинковыми электродами.

66. В какой последовательности будут восстанавливаться катионы из растворов солей, содержащих ионы: Fe²⁺, Ag⁺, Bi³⁺, Pb²⁺?

67. Написать уравнения электролиза на медных электродах водных растворов нитрата свинца (II), хлорида меди (II).

68. Электролиз на Sn электродах растворов нитрата серебра, нитрата олова(II).

69. Показать, существует ли разница в продуктах электролиза растворов и расплавов солей хлорида титана (II), иодида лития.

70. В какой последовательности будут восстанавливаться катионы из растворов солей, содержащих ионы: Zr²⁺, Ag⁺, Pt²⁺, Pb²⁺?

71. Электролиз на иридиевых электродах растворов нитрата свинца (II), хлорида меди.

72. Написать уравнения электролиза на угольных электродах водных растворов хлорида кальция, нитрата кадмия.

73. В какой последовательности будут восстанавливаться катионы из растворов солей, содержащих ионы: Fe²⁺, Hg²⁺, Ni²⁺, Pb²⁺?

74.Электролиз водного раствора сульфата меди (II) на цинковых и медных электродах.

75. Электрохимическим способом получить чистый КОН.

76. Электролиз расплавов оксида алюминия, гидроксида натрия, хлорида натрия.

77. Известно, что при электролизе на катоде происходит восстановление ионов металла, а на аноде окисление воды. Приведите пример электролиза соли, проходящей по данной схеме.

78. Электролиз на Pt электродах растворов нитрата олова (II), хлорида калия.

79. Имеется раствор, содержащий нитрат кобальта (II) и хлорид калия. Предложите наиболее простой способ получения практически чистого нитрата натрия.

80. В какой последовательности будут восстанавливаться катионы из растворов смеси солей сульфата никеля, сульфата меди, сульфата железа (II), сульфата кадмия?

81. Показать, существует ли разница в продуктах электролиза растворов солей: хлорида бария и хлорида цинка.

82. Показать, существует ли разница в продуктах электролиза расплавов солей: хлорида марганца (II) и хлорида ртути (II) на медных электродах.

83. В какой последовательности будут восстанавливаться катионы из растворов солей, содержащих ионы: Ge²⁺, Ag⁺, Bi³⁺, Pb²⁺?

84.Электролиз на иридиевых анодах нитрата калия, сульфита висмута (III).

Варианты заданий для раздела IX

Номер варианта	Номера заданий	Номер варианта	Номера заданий	Номер варианта	Номера заданий
1	21, 32, 70	11	1, 42, 76	21	11, 28, 68
2	22, 33, 71	12	2, 43, 64	22	12, 48, 82
3	23, 34, 72	13	3, 44, 77	23	13, 49, 69
4	24, 35, 60	14	4, 45, 78	24	14, 50, 83
5	25, 36, 73	15	5, 46, 65	25	15, 51, 71
6	26, 37, 61	16	6, 47, 79	26	16, 52, 84
7	27, 38, 74	17	7, 58, 66	27	17, 53, 74
8	28, 39, 62	18	8, 57, 80	28	18, 53, 78
9	29, 40, 75	19	9, 59, 67	29	19, 55, 62
10	30, 41, 63	20	10, 60, 81	30	20, 56, 75

Библиографий список
Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл-пресс, 2002.
Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1995.
Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. – СПб.: Химия, 1995.
Угай А.Я. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1997.
Гольбрайх З.Е., Маслов Е.И Сборник задач и упражнений по химии: учебное пособие. – М.: ООО Изд-во АСТ, 2004.

Глинка Н.Л.Задачи и упражнения по общей химии. – М.: Интеграл-пресс, 2002.

Лидин Р.А., Молочко В.В. Андреева А.А. Задачи по неорганической химии.- М.: Высшая школа, 1990.
Михайлова И.С., Гропянов В.М., Хотемлянская Д.Л., Луканина Т.Л., Справочное пособие по химии./ - СПбГТУРП, СПб., 2005.
Овчинникова Т.Т. и др. Равновесие в растворах электролитов: лабораторный практикум для студентов I курса.
Зайцев О.С. Общая химия. –М.: Химия, 1990.
Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1998.

Оглавление

1.Введение………………………………………………………...………….….3

2.Используемыеобозначения………………………………………..………....4

3.Классы неорганических соединений…………………………………..……5

4. Эквивалент. Закон эквивалентов……………………………………….…..8

5.Задания к разделам I, II………………………………………………….…...9

6.Растворы. Способы выражения концентраций…………………………...14

7.Задание к разделу III………………………………………………………...22

8.Строение атома. Химическая связь………………………………………..23

9. Задание к разделу IV……………………………………………………….24

10.Энергетика химических реакций…………………………………………28

11. Задание к разделу V……………………………………………………….29

12. Кинетика химических реакций…………………………………………...33

13. Задание к разделу VI……………………………………………………....37

14.Ионные реакции в растворах электролитов. Растворы сильных электролитов………………………………………………………………..….42

Растворы слабых электролитов……………………………………….…..43

Произведение растворимости………………………………………….….44

Обменные реакции в растворах электролитов. Гидролиз солей……….45

15. Задание к разделу VII……………………………………………………...46

16.Окислительно-восстановительные реакции……………………………...51

17. Задание к разделу VIII…………………………………………………….53

18. Электрохимия. Гальванический элемент, электродный потенциал…..59

Электролиз расплавов и водных растворов солей……………………...61

19. Задание к разделу IX…………………………………………………………....62

.

ТЕМА: РАСТВОРЫ. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ СОСТАВА РАСТВОРОВ