Файл: ФIленко О.Г. ЗбIрник задач з фIзичноI химII навчальний посiбник для студентiв металлургiйних спецiальностей вузiв.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 160
Скачиваний: 0
де ка |
— рухливість аніона; кк — рухливість катіона; at — активність |
||
електроліту в першому розчині; о2 — активність |
електроліту |
в дру |
|
гому |
розчині. |
|
|
Без урахування величини дифузійного потенціалу електрорушійна |
|||
сила |
гальванічного елемента дорівнює найбільшій |
різниці потенціалів |
|
між |
електродами: |
|
|
|
|
і |
|
|
_ = _ 2 ~ £ 1 = £ l - ^ + - ^ - l n - |
^ > |
(VI.41) |
де Еі — потенціал першого (негативного) електрода; Е2 — потенціал другого (позитивного) електрода; Е\ — нормальний потенціал першо го електрода; Е\ — нормальний потенціал другого електрода; at — активність іонів першого електроліту; а2 — активність іонів другого електроліту; пх — число електронів, що беруть участь у процесі пер шого електрода; п2 — число електронів, що беруть участь у процесі другого електрода.
При роботі гальванічного елемента на негативному електроді від бувається віддавання електронів речовиною (процес окислення); на позитивному електроді — приєднання електронів речовиною (процес відновлення).
При роботі елемента Якобі
— Zn I ZnS04 К CuS041 Си +
на негативному електроді відбувається окислення цинку: Zn - v Z n 2 + + 2e,
ана позитивному електроді — відновлення іонів міді:
Си 2 + + 2е -> Си.
Додавши обидва рівняння, дістанемо загальне рівняння окислю вально-відновного процесу, що протікає при роботі елемента Якобі:
Zn + |
C u 2 + |
Z n 2 + |
+ Си. |
|
Е. р. с. елемента Якобі |
|
|
|
|
_• = £ _ „ - - i n + |
|
In ^ - , |
(VI.42) |
|
|
|
£ r |
"Zn |
|
де £cu — нормальний потенціал міді; £ _ п — нормальний потенціал цинку; _си — активність іонів міді; azn — активність іонів цинку.
Концентраційним називається елемент, складений з двох однако вих електродів, які відрізняються один від одного концентрацією іонів у розчині або концентрацією металу в амальгамі.
Е. р. с. мідного концентраційного елемента
—Си I CuS04 (a i ) У CuS04(a2) | Си +
дорівнює |
|
|
|
£ |
= - ^ |
1 п ~ 5 Г ' |
<VI>43) |
де аг — активність іонів С и 2 + |
біля |
негативного |
електрода; а9 — актив- |
ність іонів Си біля |
позитивного електрода. |
Задача. Написати |
рівняння електродних процесів і визначити при |
298 К потенціали таких електродів: Fe|Fe 2 + (а = 0,1);
Pt, Cla (p = 1,01325105 Па) | СП (а = 0,01); Pt|Sn2 + (a = 0,l), Sn4 + (a = 0,001);
|
Hg| Hg2 S04 (т.), |
SO|" (a = 0,01). |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Р о з в ' я з а н н я . |
Для |
електрода |
Fe/Fe2 + |
процес |
протікає за |
|||||||||||
схемою |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fe -у |
Fe 2 + |
+ 2е. |
|
|
|
|
|
|
|||
Потенціал |
електрода: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
с |
ZTO , |
RT |
, |
|
|
л |
л ЛГЇ J |
8,314 • 103 |
• 298 • 2,303 |
, |
Л |
1 |
= |
|||
£ r e |
= £Fe + |
- 2 f - ! n a |
= —0,440 Н |
|
2 ,9 6 5 |
, W |
IgO.l |
|
||||||||
|
|
= |
|
— 0,440 — 0,0296 = — 0,4696В. |
|
|
|
|
||||||||
Для електрода Pt, С12 /СП схема процесу: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
— Cl 2 |
С П — г . |
|
|
|
|
|
|
||||
Потенціал |
електрода: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
к |
p0 |
RT , |
|
a(p0c{)2 |
= |
|
|
A C Q і |
, 0 , 0 1 (1,01325 • 106)2 |
|||||||
£ci, = |
£ci, |
p - l n |
|
f |
1,360 — 0,0591 |
lg |
і |
|
|
|
j=—= |
|||||
|
|
|
|
|
Pc\2 |
|
|
|
|
|
|
(1,01325 • 106) 2 |
||||
|
|
|
|
= |
1,360 + |
0,1182 = |
1,4782В. |
|
|
|
|
|
||||
На електроді Pt/Sn2 + , Sn 4 + |
протікає процес за схемою |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
Sn 2 + |
+ |
Sn 4 + + 2е. |
|
|
|
|
|
|
|||
Потенціал |
електрода: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
^sn2+,sn4+ = |
^ n 2 + , s „ 4 + + -W-1" |
^ |
~ |
= 0,15 + |
0,0296 lg |
|
|
= |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
S n 2 + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
0,15 — 0,0591 = |
0,0909В. |
|
|
|
|
|
|||||
На електроді Hg/Hg2 S04 |
(т.) SO 2 - |
протікає процес за схемою |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
2Hg |
|
Hg^+ + 2е, |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Hgi+ + s o r -> Hg2 S04 . |
|
|
|
|
|
|
Vt 8* |
131 |
Додавши обидва рівняння, дістанемо
2Hg + SO2 " Hg2 S04 + 2e. Потенціал електрода:
|
|
|
EHg |
= E°Hg |
+ |
|
In a = |
0,615 + 0,0296 lg 0,01 = |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
= 0,615 -0,0592 = 0,5558В. |
|
|||||||
|
Задача. |
Визначити |
потенціали |
електродів |
і е. р. с. газового еле |
|||||||||
мента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— Pt, |
Н 2 |
[р = 2,0265 • 105 |
Па) | НС1 (а± =0,1) | С12 (р = |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
<= 1,5199 • 105 Па), Pt |
+ |
|
|
||||
|
при 298 К. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Р о з в ' я з а н н я . |
При роботі елемента |
на негативному |
електро |
||||||||||
ді відбувається окислення |
водню за схемою |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
_1_н2 |
|
Н+ |
+ е. |
|
|
|
|
Потенціал |
водневого електрода: |
|
|
|
|
||||||||
|
_ |
RT |
, |
а н + ( р Н , ) 2 |
_ |
8,314 |
• 10» • 298 |
• 2,303 |
. |
0,1 (1,01325 • 105 ) 2 |
||||
t l i ' |
~~ ~Т~ |
|
± |
|
~ |
|
9,65 • 107 |
' |
G |
_ L |
||||
|
|
|
|
|
Рнг |
|
|
|
|
|
|
|
(2,0265 • Ю5 ) 2 |
|
|
= |
0,0591 (lg 0,1 |
|
i - l g 2) =0,0591 (—1—0,1505)= — 0,068В. |
||||||||||
|
Ha позитивному електроді відбувається відновлення хлору |
за схе |
||||||||||||
мою |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_і_сі2 |
- С Г - в . |
|
|
|
||
|
Потенціал хлорного електрода: |
|
|
|
|
|
||||||||
р |
|
рО |
|
R T |
і„ °СІ-{ Р а > ] 2 |
= |
і а«л |
л лсої |
, „ 0 , 1 ( 1 , 0 1 3 2 5 - |
106 ) 2 |
||||
£сі2 = £сі2 |
|
р-іп |
|
|
j |
1,360 — 0,0591 lg—і |
J- = |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
P e l |
|
|
|
|
(1,5199 • 105 ) 2 |
||
= |
1,360—0,0590 (lg 0,1 |
i - l g 1,5) = 1,360 —0,0591 (— 1 —0,088) = |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
1,360 + |
0,0643 = 1,4243В. |
|
|||||
|
Додавши |
обидва |
рівняння реакцій, що протікають на електродах, |
|||||||||||
дістанемо |
рівняння |
окислювально-відновної |
реакції: |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
4-Н2 |
+ - ^ - С 1 2 |
Н+ + С Г . |
|
|||||
|
Е. р. с. газового елемента |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Е = Eat — £ н г |
= 1,4243 — (— 0,068) = 1,4923В. |
|
Задача. Визначити е. р. с. елемента
— Cd I Cd (N03 )2 (C = 0,01 кмоль • 1000- 1 к г - 1 ) || AgN03 (C =. = 0,1 кмоль • 1000"1 к г - ' ) I Ag +
при 298 К з урахуванням концентрацій і активностей іонів кадмію і сріб ла. Нормальні потенціали срібла і кадмію відповідно дорівнюють 0,799 і —0,403 В.
Р о з в ' я з а н н я . |
|
З |
урахуванням |
концентрації |
іонів кадмію |
|||||
і срібла е. р. с. елемента |
дорівнює |
|
|
|
|
|||||
E = EAs~ |
£ C d = |
£ ° A g |
- |
|
B°Cd |
+ |
lg |
С д е + , |
= 0,799 + 0,403 + |
|
+ |
0,0591 lg |
0 , |
1 |
, |
= |
1,202 + |
0,0591 \g~- |
= |
1,202В. |
( 0 , 01 ) T
Іонна сила розчину Cd (N03 )2 дорівнює
/ = -у- 2 CtZf = - і - (0,01 • 22 + 0,02 • І2 ) = 3 • 10~2.
Для двовалентного іона при значенні іонної сили 3 • 10- 2 коефі цієнт активності у — 0,53 (див. табл. 8 додатку). Іонна сила розчину AgN03 :
/ = 4 - ^ C ' Z ' 2 = = 4 ( ° ' 1 • 1 2 + 0 ' 1 ' 1 2 ) = 0 ' 1 -
При / = 0,1 значення коефіцієнта активності одновалентного іона у = 0,78.
Активність іонів Cd 2 + :
aCd2+ = уС = 0,53 • 0,01 = 5,3 • 10~3.
Активність іонів A g + :
aAg+ = VC = ° - 7 8 • 0,1 = 7,8 • Ю - 2 . Е. р. с. елемента:
E = E°Ag~ £ C d + |
- т г - l n |
aAe+^ |
|
= О ' 7 9 9 — (— ° ' 4 0 3 ) + ° ' 0 5 9 1 J 8 — |
|
|
|
Чмcd 2+) |
2 |
||
|
|
a |
|
|
|
7 |
, 8 •1 0 2 |
, |
= |
1,202 + 0,0018 = 1,2038В. |
|
(5,3 • Ю - 3 |
) 2 |
|
|
|
Задачі
22. Написати рівняння реакцій, що протікають на електродах, і обчислити при 298 К потенціали для таких електродів:
і/2 -(-5 2-2582 |
133 |
|
|
|
|
Ag/Ag + (a |
= 0,01); |
||
|
|
|
|
А1/А13 + (а = 0,001); |
|||
|
|
Pt/Fe2 + (a = 0,2), Fe3 + (a = 0,02); |
|||||
|
Pt, H 2 (p = |
1,01325 • 105 |
Па) / HC1 ( a R + = 2,38). |
||||
Потрібні дані взяти з табл. 9 додатку. |
|||||||
Відповідь: |
0,6808 В; —1,7211 В; 0,7118 В і 0,0223 В. |
||||||
23. При 298 К потенціал |
електрода Мп/Мп2 + (а = 0,001) дорів |
||||||
нює— 1,2688 В. |
|
|
|
|
|
||
Визначити нормальний потенціал |
електрода. |
||||||
Відповідь: |
—1,1801 В. |
|
|
|
|||
24. |
Як повинні бути складені елементи і електроди, щоб у них про |
||||||
тікали |
реакції: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Mg + CuS04 - > MgS04 + Си; |
|||||
|
|
С и 2 + + Н 2 |
|
Си + 2Н+; |
|||
|
|
Ag+ + С Г — AgCl (т.); |
|||||
|
|
|
|
Н 2 |
+ С12 |
2НС1. |
|
25. |
Обчислити нормальні |
(стандартні) е. р. с. для таких елементів» |
|||||
|
|
|
A l | Al2 (S04 )3 ||CuS04 |Cu; |
||||
|
|
|
|
Zn I ZnS04 II SnS041 Sn; |
|||
|
|
Hg I Hg2 Cl2 , |
KC1 (0,1 H .) II AgN03 1 Ag; |
||||
|
|
|
Pt, C12 |HC1|| AuCl3 | Au; |
||||
|
|
Pt|CrS04 , |
Cr 2 (S0 4 ) 3 ||NiS0 4 |Ni . |
||||
Потрібні дані взяти з табл. 9 додатку. |
|||||||
Відповідь: |
1,999 В; 0,627 В; 0,465 В; 0,138 В і 0,158 В. |
||||||
26. Написати рівняння реакції, що протікає при роботі елемента |
|||||||
|
Mg I M g 2 + (a = 0,1) II Cr 2 + |
(a = |
0,003), Cr 3 + (a = 0,3) | Pt, |
||||
і обчислити |
е. p. с. цього елемента |
при 298 К. |
|||||
Потрібні дані взяти з табл. 9 додатку. |
|||||||
Відповідь: |
2,1028 В. |
|
|
|
|
||
27. |
Обчислити е. р. с. при 298 К для таких елементів: |
||||||
|
|
Си І С и 2 + |
(а = 0,001) І С и 2 + (а = 0,1) Си; |
||||
|
|
Си I С и 2 + |
(a = |
0,01) II С и 2 + (a = 0,1) Си; |
|||
|
|
Си | С и 2 + |
(а = 0,0001) || С и 2 + (а = 0,1) Си. |
||||
Написати |
рівняння |
|
реакцій, |
що протікають на позитивному і не |
|||
гативному електродах. |
|
|
|
|
|||
Відповідь: |
0,0592 В; 0,0296 |
В; 0,0888 В. |