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: 158
Скачиваний: 0
Об'єм |
кисню |
в стандартних |
умовах: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
V = |
n R |
T |
— |
m |
R T |
— ° ' 0 1 0 4 5 |
• 8,314 • 103 |
• 298 |
|
_ |
7 |
q |
q ,n _ 3 3 |
||
|
р |
|
~ |
|
Мр |
~ |
31,998 • 1,01325 • 10» |
|
|
|
|
|
М , |
||
Хімічний еквівалент міді |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
63,54 = 31,77. |
|
|
|
|
|
|
||
Кількість |
виділеної |
міді: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Elt |
|
31,77 - 7 - 5 |
п |
Л |
, |
, |
г |
|
||
|
т |
с " |
= |
|
2,68 |
• 10" = |
|
2,68 • 10" |
= ° ' 0 |
4 |
1 |
5 |
|
К Г - |
|
Хімічний еквівалент сірчаної |
кислоти: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
ЕН г зо4 |
= |
|
= |
= 49,038. |
||||||||
Кількість |
утвореної |
сірчаної |
кислоти: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
тн*°< |
|
|
Elt |
|
49,038 - 7 - 5 |
Л |
п |
с |
, , |
|||||
|
= |
2,64 • 10" |
= |
2,64 - 10" |
= |
0 |
, |
0 |
6 |
4 1 |
К Г - |
||||
Задача. Для міднення деталей часто застосовують |
розчин, що міс |
тить CuS04 і H2 S04 . Чи можна виділити на катоді мідь повністю без виділення водню? Перенапругу кисню на платиновому електроді вва
жати такою, що дорівнює 0,45 В, а перенапругу |
водню |
на мідному |
|||
електроді |
0,23 В. |
Нормальні потенціали міді |
і кисню |
відповідно |
|
дорівнюють +0,337 і + |
1,229 В. |
|
|
||
Р о з в ' я з а н н я . |
При електролізі розчину |
CuS04 на аноді ви |
|||
діляється |
кисень |
за схемою |
|
|
2 Н 2 0 — 4е -> 4 Н + + 0 2 ,
а на катоді — мідь:
C u 2 + + 2е -+ Cu.
З продуктів електролізу утворюється гальванічний елемент:
|
|
|
— Cu I CuS04 |
JI H2 S04 102 , Pt + , |
|||||
е. р. с. якого (е. р. с. поляризації) дорівнює |
|||||||||
|
|
Еи |
= Еог — ЕСи = |
1,229 — 0,337 = 0,892 В. |
|||||
Перенапруга |
міді |
на катоді |
дуже |
незначна і нею можна знехтува |
|||||
ти. Отже, |
потенціал |
розкладу |
CuS04 |
дорівнюватиме |
|||||
|
|
£р = Еп |
+ |
ті = |
0,892 + 0,45 = 1,342 В. |
||||
У |
тому |
ж випадку, |
коли |
відбувається відновлення іонів Н + на |
|||||
катоді |
за схемою |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
2Н+ + 2е -+ Н2 , |
|||
виникає гальванічний |
елемент |
|
|
||||||
|
|
|
- P t , |
H 2 | H 2 S 0 4 | 0 2 , P t + , |
е. р. с. поляризації якого дорівнює
£ п = £о, — £ н , = 1,229 —0 = 1,229 В. Перенапруга елемента:
Л = тін2 + г]о2 = 0,23 + 0,45 = 0,68 В. Потенціал розкладу H2 S04 :
Ер = Еп + г) = 1,229 + 0,68 = 1,909 В.
З порівняння потенціалів розкладу CuS04 і H2 S04 бачимо, що практично можна виділити з розчину всю мідь без виділення на катоді водню. Напруга повинна бути не вищою за 2,0 В.
|
|
|
Задачі |
|
|
50. |
Написати рівняння реакцій, що протікають на графітових елек |
||||
тродах |
при електролізі |
водних розчинів |
таких електролітів: №С13 , |
||
NaBr, |
К2 С03 , Ва(ОН) 2 |
і Н 3 Р 0 4 . |
протікають |
на електродах |
|
51. |
Написати |
рівняння реакцій, що |
|||
при електролізі |
водних |
розчинів таких |
електролітів: |
CuS04, СаС12, |
Cd (NOs )2 , Pb (NOs )2 і NiS04 . Як анод використовується мідна пла стинка.
52. Струм силою 5 А проходить через розчин CuS04 протягом 60 хв. Визначити масу виділеної міді.
Відповідь: 5,929 • 10_ 3 кг.
53. Визначити об'єм водню, виділеного при електролізі розбавле ного розчину Na2 S04 при 298 К і тиску 1,01325 • 108 Па протягом ЗО хв, якщо сила струму дорівнює 2,5 А.
Відповідь: 0,57 л.
54. Скільки часу треба пропускати струм силою 0,5 А через 0,5 л 0,1 М розчину Ag N0 3 , щоб повністю виділити срібло з розчину?
Відповідь: 2 год 41 хв, або 9646 с.
55. Через розчин CoS04 пропущено струм (120 А • год). На катоді ви ділилося 0,115 кг кобальту.
Визначити вихід за струмом.
Відповідь: 87,18%.
56. Визначити е. р. с. поляризації при електролізі CuCl2, якщо ві домо, що температура дорівнює 298 К і що при цій температурі нор мальні електродні потенціали міді і хлору відповідно дорівнюють 0,337 і 1,360 В.
Відповідь: 1,023 В.
57. Обчислити потенціал розкладу CdS04 на платинових електро дах, якщо перенапруга кисню на аноді дорівнює 0,45 В. Нормальні
потенціали кадмію і кисню відповідно дорівнюють — 0,403 В і 1,229 В. Перенапругою кадмію на катоді знехтувати.
Відповідь: 2,082 В.
58. Визначити величину перенапруги водню на свинцевому катоді, якщо при електролізі розчину H2 S04 з платиновим анодом потенціалрозкладу дорівнює 2,69 В. Перенапругу кисню на платиновому елек троді вважати такою, що дорівнює 0,45 В, нормальний потенціал кис ню дорівнює 1,229 В.
Відповідь: 1,011 В.
59. Визначити додаткову витрату електроенергії в кіловат-годи нах на 1 т водню, якщо перенапруга водню при електролізі водного розчину електроліту дорівнює 0,25 В.
Відповідь: 6,65 • 103 кВт-год.
60.Визначити потенціал розкладу NiS04 при електролізі цієї солі
зплатиновими електродами. Нормальні потенціали нікелю і кисню відповідно дорівнюють —0,25 і 1,229 В. Вважати, що перенапруга кисню на платині дорівнює 0,45 В.
Відповідь: 1,929 В.
61. Металеву деталь, поверхня якої дорівнює 0,2 м2 , покривають шаром електролітично осадженого нікелю товщиною 0,2 см.
Скільки часу потрібно на осадження нікелю, якщо сила струму до рівнює 50 А і вихід за струмом становить 90%? Густина нікелю — •9 • 103 кг • м - 3 .
Відповідь: 7 год 18 хв 20 с, або 2,629 - 104 с.
VII. ХІМІЧНА КІНЕТИКА
ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ. КІНЕТИЧНА КЛАСИФІКАЦІЯ РЕАКЦІЇ
Швидкість хімічної реакції визначається зміною концентрації реа гуючої речовини за одиницю часу. Поступово зміна концентрації реа гуючої речовини за одиницю часу зменшується, а отже, зменшується весь час і швидкість реакції від певної величини до нуля.
Середня швидкість хімічної реакції за певний проміжок часу t2 — tx:
» = =F \ Z C t ' . |
(VII.l) |
де G\ — концентрація реагуючої речовини до моменту часу іх; С2 — концентрація цієї самої речовини до моменту часу t2; С2 — Сх — зміна концентрації реагуючої речовини за проміжок часу t2 — tx.
Істинну швидкість реакції в певний момент часу можна визначити за формулою
° = Т - § - , |
(VII.2) |
де dC — нескінченно мала зміна реагуючої речовини за |
нескінченно |
малий проміжок часу dt. |
|
Швидкість реакції завжди вважається додатною величиною. У тому випадку, коли швидкість реакції визначають через зміну концентра ції початкової речовини за одиницю часу (С2 — Сг < 0), праву частину рівнянь (VII, 1) і (VII,2) треба брати із знаком мінус, а у випадку, ко ли швидкість реакції визначають через зміну концентрації кінцевої речовини, праву частину рівнянь (VII, 1) і (VII,2) слід брати із знаком плюс.
Швидкість гомогенної реакції залежить від природи і концентра ції реагуючих речовин, температури і природи каталізатора.
При сталій температурі швидкість хімічної реакції прямо пропор ційна добутку концентрації реагуючих речовин (закон діючих мас).
Закон діючих мас справедливий для реакцій, що протікають між ідеальними газами і в розбавлених розчинах.
Для реакції
аА + ЬВ = сС + dD
істинну швидкість реакції згідно з законом діючих мас визначають за рівнянням
|
v = |
КСАСЬ, |
|
(VII.3) |
||
де dCA |
— зміна концентрації реагуючої речовини А за нескінченно ма |
|||||
лий проміжок часу dt; |
СА — концентрація реагуючої |
речовини |
А в |
|||
певний момент часу, кмоль • м~3 ; |
Св — концентрація |
реагуючої |
ре |
|||
човини В в певний момент часу, |
кмоль • м~3 ; |
а — число кіломолів |
||||
речовини А; Ь — число |
кіломолів |
речовини В; |
К — константа швид |
|||
кості |
реакції. |
|
|
|
|
|
Константа швидкості |
реакції залежить від природи реагуючих |
ре |
човин, температури і природи каталізатора і чисельно дорівнює швид кості реакції, якщо добуток концентрації реагуючих речовин дорів нює одиниці (САСв = І): .
При певній температурі константа швидкості реакції визначає вплив природи реагуючих речовин на швидкість реакції.
Молекулярність реакції визначається числом молекул, що одночас но беруть участь в акті хімічного перетворення. За цією ознакою реак ції поділяють на одномолекулярні, двомолекулярні і тримолекулярні.
Імовірність одночасного зіткнення більше двох молекул реагуючих речовин мізерно мала, тому тримолекулярні реакції бувають дуже рідко. Реакцій вищої молекулярності практично не спостерігалося.
Більшість реакцій — це складні реакції, що складаються з одноабо двомолекулярних реакцій, які протікають між собою паралельно або послідовно.
До одномолекулярних реакцій належать деякі реакції розкладу:
Н 2 |
= 2Н. |
Швидкість одномолекулярної |
реакції можна записати рівнянням |
де Сн2 — концентрація молекулярного водню, кмоль • м _ 3 . |
До двомолекулярних реакцій належать реакції, в акті хімічного перетворення яких беруть участь дві молекули різного або однакового
виду: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А + В = |
АВ. |
|
||
|
Швидкість двомолекулярної |
реакції визначаємо за рівнянням |
|||||
|
v |
^ - ^ - ^ |
K C A C B > |
(VII.6) |
|||
де |
СА — концентрація |
реагуючої |
речовини |
А; Св — концентрація |
|||
реагуючої речовини В. |
|
|
|
|
|
|
|
|
У випадку, коли СА |
= |
Св = С, |
рівняння |
швидкості двомолеку |
||
лярної реакції набирає |
вигляду |
|
|
|
|||
|
|
v = |
|
|
^- |
= КС2, |
(VII.7) |
де |
С — концентрація реагуючої |
речовини. |
|
||||
|
Прикладом тримолекулярної реакції може бути утворення водяної |
||||||
пари з водню і кисню: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2Н2 + |
0 2 = 2Н 2 0 . |
|
|||
|
Швидкість цієї реакції |
дорівнює |
|
||||
|
|
v = |
- |
^ |
= KC2HlC0t, |
(VII.8) |
де Сн2 — концентрація водню; Со2 — концентрація кисню.
Порядок реакції визначається сумою показників степенів концен трацій у виразі закону діючих мас (VII,5), (VII.6), (VII,7) і (VII,8). За цією ознакою реакції поділяють на реакції першого, другого і тре тього порядків.
До реакцій першого порядку належать реакції, для яких сума по
казників |
степенів концентрацій дорівнює одиниці (п = 1). |
|
Після інтегрування рівняння реакції першого порядку (VII,5) |
||
дістанемо |
рівняння, що визначає залежність концентрації |
реагуючої |
речовини |
від часу: |
|
|
С = C0e-Kt, |
(VII.9) |
де С0 — початкова концентрація речовини; С — концентрація речови ни в певний момент часу t.