Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Как продвинуть сайт на первые места?
    Вы создали или только планируете создать свой сайт, но не знаете, как продвигать? Продвижение сайта – это не просто процесс, а целый комплекс мероприятий, направленных на увеличение его посещаемости и повышение его позиций в поисковых системах.
    Ускорение продвижения
    Если вам трудно попасть на первые места в поиске самостоятельно, попробуйте технологию Буст, она ускоряет продвижение в десятки раз, а первые результаты появляются уже в течение первых 7 дней. Если ни один запрос у вас не продвинется в Топ10 за месяц, то в SeoHammer за бустер вернут деньги.
    Начать продвижение сайта
  • Электронные потенциалы и электродвижущие силы






    При решении задач этого раздела см. табл. 8,

    Если металлическую пластинку опустить в воду, то катионы металла на ее поверхности гидратируются полярными молекулами воды и переходят в жидкость. При этом электроны, в избытке остающиеся в металле, заряжают его поверхностный слой отрицательно. Возникает электростатическое притяжение между перешедшими в жидкость гидратированными катионами и поверхностью металла. В результате этого в системе устанавливается подвижное равновесие:

    Me + m H2O + ne

    в растворе на металле

    где п – число электронов, принимающих участие в процессе. На границе металл – жидкость возникает двойной электрический слой, характеризующийся определенным скачком потенциала – электродным потенциалом. Абсолютные значения электродных потенциалов измерить не удается. Электродные потенциалы зависят от ряда факторов (природы металла, концентрации, температуры и др.). Поэтому обычно определяют относительные электродные потенциалы в определенных условиях – так называемые стандартные электродные потенциалы (Е °).

    Стандартным электродным потенциалом металла называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией (или активностью), равной 1 моль/л, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом, потенциал которого при 25°С условно принимается равным нулю (Е ° = 0; D G ° = 0).

    Располагая металлы в ряд по мере возрастания их t стандартных электродных потенциалов (E ° ), получаем так называемый ряд напряжений.

    Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его восстановительную способность, а также окислительные свойства его ионов в водных растворах при стандартных условиях. Чем меньше значение E °, тем большими восстановительными способностями обладает данный металл в виде простого вещества, и тем меньшие окислительные способности проявляют его ионы, и наоборот. Электродные потенциалы измеряют в приборах, которые получили название гальванических элементов. Окислительно-восстановительная реакция, которая характеризует работу гальванического элемента, протекает в направлении, в котором ЭДС элемента имеет положительное значение. В этом случае D G ° < 0, так как D G ° = = – nFE °.

    Пример 1. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта (табл. 8). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0, 001 моль/л, а потенциалы кобальта – в растворе с концентрацией 0, 1 моль/л?

    Таблица 8.

    Стандартные электродные потенциалы (E °)
    некоторых металлов (ряд напряжений)

    Электрод E °, В Электрод E °, В
    Li+/Li -3, 045 Cd2+/Cd -0, 403
    Rb+/Rb -2, 925 Co2+/Co -0, 277
    K+/K -2, 924 Ni2+/Ni -0, 25
    Cs+/Cs -2, 923 Sn2+/Sn -0, 136
    Ba2+/Ba -2, 90 Pb2+/Pb -0, 127
    Ca2+/Ca -2, 87 Fe3+/Fe -0, 037
    Na+/Na -2, 714 2H+/H2 -0, 000
    Mg2+/Mg -2, 37 Sb3+/Sb +0, 20
    Al3+/Al -1, 70 Bi3+/Bi +0, 215
    Ti2+/Ti -1, 603 Cu2+/Cu +0, 34
    Zr4+/Zr -1, 58 Cu+/Cu +0, 52
    Mn2+/Mn -1, 18 Hg2+2/2Hg +0, 79
    V2+/V -1, 18 Ag+/Ag +0, 80
    Cr2+/Cr -0, 913 Hg2+/Hg +0, 85
    Zn2+/Zn -0, 763 Pt2+/Pt +1, 19
    Cr3+/Cr -0, 74 Au3+/Au +1, 50
    Fe2+/Fe -0, 44 Au+/Au +1, 70

     

    Решение. Электродный потенциал метала (E) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

    ,

    где E ° – стандартный электродный потенциал; n – число электронов, принимающих участие в процессе; С – концентрация (при точных вычислениях – активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/л; E ° для никеля и кобальта соответственно равны -0, 25 и -0, 277 В. Определим электродные потенциалы этих металлов при данных в условии концентрациях:

    Таким образом, при изменившейся концентрации потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.

    Пример 2. Магниевую пластинку опустили в раствор его соли. При этом электродный потенциал магния оказался равен -2, 41 В. Вычислите концентрацию ионов магния (в моль/л).

    Решение. Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (см. пример 1):

    .

    Пример 3. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются магниевая и цинковая пластинки, опущенные в растворы их ионов с активной концентрацией 1 моль/л. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, и вычислите его ЭДС.

    Решение. Схема данного гальванического элемента

    (–) Mg |Mg2+| |Zn2+| Zn (+)

    Вертикальная линейка обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линейки – границу раздела двух жидких фаз – пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал (–2, 37 в) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:

    Mg0 – 2 e = Mg2+ (1)

    Цинк, потенциал которого -0, 763 В, – катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:

    Zn2++2 е = Zn0 (2)

    Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов:

    Mg + Zn2+ = Mg2+ + Zn

    Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль/л, то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов:

    .

    Контрольные вопросы

    241.В два сосуда с голубым раствором медного купороса поместили в первый цинковую пластинку, а во второй серебряную. В каком сосуде цвет раствора постепенно пропадает? Почему? Составьте электронные и молекулярное уравнения соответствующей реакции.

    242.Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: a) CuSО4; б) MgSO4; в) Рb(NО3)2? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

    243.При какой концентрации ионов Zn2+ (в моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0, 015 В меньше его стандартного электродного потенциала? Ответ: 0, 30 моль/л.

    244.Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а) АgNO3; б) ZnSO4; в) NiSO4? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

    245. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал –1, 23 В. Вычислите концентрацию ионов Mn2+ (в моль/л). Ответ: 1, 89 • 10–2 моль/л.

    246.Потенциал серебряного электрода в растворе АgNО3 составил 95% от значения его стандартного электродного потенциала. Чему равна концентрация ионов Аg+ (в моль/л)? Ответ: 0, 20 моль/л.

    247.Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС медно-кадмиевого гальванического элемента, в котором [Cd2+] = 0, 8 моль/л, a [Сu2+] = 0, 01 моль/л. Ответ: 0, 68 В.

    248.Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых медь была бы катодом, а в другом – анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.

    249.При какой концентрации ионов Сu2+ (моль/л) значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного электрода? Ответ: 1, 89 • 10 –12 моль/л.

    250.Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных: первый в 0, 01 н., а второй в 0, 1 н. растворы AgNO3. Ответ: 0, 059 В.

    251.При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0, 001 М растворе, а другой такой же электрод – в 0, 01 М растворе сульфата никеля. Ответ: 0, 0295 В.

    252.Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Pb2+] = [Mg2+] = 0, 01 моль/л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого, из ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ: 2, 244 В.

    253.Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом – анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на аноде.

    254.Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.

    255.Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Mg2+] = [Cd2+] = 1 моль/л. Изменится ли значение ЭДС, если концентрацию каждого из ионов понизить до 0, 01 моль/л? Ответ: 1, 967 В.

    256.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из пластин цинка и железа, погруженных в растворы их солей. Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на аноде и на катоде. Какой концентрации надо было бы взять ионы железа (моль/л), чтобы ЭДС элемента стала равной нулю, если [Zn2+] = 0, 001 моль/л? Ответ: 7, 3 • 10–15 моль/л.

    257.Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению:

    Ni + Pb(NO3)2 = Ni(NO3)2 + Pb

    Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите ЭДС этого элемента, если [Ni2+] =0, 01 моль/л, [Pb2+] = 0, 0001 моль/л. Ответ: 0, 064 В.

    258.Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора?

    259.Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке кадмий-никелевого аккумулятора?

    260. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке железо-никелевого аккумулятора?






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.