Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (1154110), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Сколько времени необходимо для электрохимического фрезерования в титановой заготовке канавки длиной 10 см, шириной 1 см, глубиной 0,1 см притоке, равном 110 А, и выходе по току 91% в водном растворе NaСl. Плотность титана r равна 4,5 г/см3.Р е ш е н и е. При электрохимической обработке металла инструмент является катодом, заготовка — анодом,между ними прокачивается электролит. Начальный ионный состав электролита Na+, Н+, ОН–, Сl–. Основной анодный процесс:Тi – 2е ® Ti2+.Расчет проводим по закону Фарадея:mTi = MэкTiItBTi/F,откудаt = mTiF/MэкTiIBTi = VTirTiF/MэкTiIBTi == (10 × 1 × 0,1 × 4,5 × 96 500)/(48/2 × 110 × 0,91) == 180 c = 3 мин.408ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИЗАДАЧИДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ7.1.
Какие из реакций, протекающих по схемам:K2Cr2О7 + Н2SО4(конц.) ® СrO3 + K2SО4 + Н2О; (1)KBr + KBrО3 + Н2SО4 ® Br2 + K2SО4 + Н2О;(2)Na2SO3 + KMnO4 + Н2О ® Na2SO4 + MnО2 + KОН, (3)являются окислительновосстановительными? Расставьте коэффициенты в уравнениях окислительновосстановительных реакций.
Укажите для каждой реакции, какое вещество является окислителем, какое — восстановителем.7.2. Концентрацию раствора Na2SО3 можно определитьтитрованием раствором KМnО4, при этом образуется Nа2SО4,МnSО4 и другие вещества. Составьте уравнение окислительновосстановительной реакции.7.3. Рассчитайте изменение энергии Гиббса при растворении меди при 298 К с помощью трихлорида железа, принимая в качестве исходных веществ и продуктов реакциикристаллические вещества.
Укажите пути ускорения данной реакции. Можете ли вы предложить другой окислитель для травления меди? Докажите, что окисление медипри стандартных состояниях веществ и 298 К этим выбранным окислителем возможно. Укажите достоинствапредложенного способа.7.4. Одной из реакций процесса получения серной кислоты является окисление SO2 до SO3 кислородом.
Составьте уравнение этой реакции. С помощью термодинамического расчета покажите возможность или невозможностьее протекания в прямом направлении при стандартныхсостояниях веществ и 298 К.7.5. В сточных водах некоторых предприятий содержится фенол С6Н5ОН, являющийся экологически вредным веществом (ПДК = 5 мг/м3). Предложите окислитель,с помощью которого можно окислить фенол до воды и диоксида углерода. С помощью термодинамического расчетаопределите возможность протекания реакции с новым окислителем в прямом направлении при стандартных состояниях веществ и 298 К. Укажите пути ускорения реакции.ГЛАВА 7.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ4097.6. Рассчитайте, сколько моль эквивалентов кислорода выделилось при нормальных условиях на электроде врезультате реакции2Н2О – 4е ® О2 + 4Н+,если через электрохимическую систему прошло 48 250 Клэлектричества, а выход кислорода по току составил 80%.7.7. Определите объем хлора, выделенного на электроде при нормальных условиях по реакции2Сl– – 2е ® Сl2,если через электрохимическую систему прошло 26,8 А×чэлектричества и выход хлора по току составил 70%.7.8.
Определите выход по току цинка (в %) при его растворении по реакцииZn – 2е ® Zn2+,если при его растворении в процессе электролиза черезэлектрохимическую систему прошло количество электричества, равное 1F, а изменение массы цинкового электрода составило 29,4 г.7.9. Потенциал кадмиевого электрода при 298 К в растворе его соли равен –0,52 В.
Рассчитайте активностьионов Сd2+ в растворе.7.10. Рассчитайте потенциал электрода, на которомпри температуре 298 К установилось равновесие:Cl2 + 2e 2Cl–при pCl2 2 10 и aCl1 2 1012 моль/л.7.11. Рассчитайте равновесный потенциал кислородного электрода при pO2 1 21000 Па, рН 7, температуре 25°С.7.12. Рассчитайте равновесный потенциал медного анода при 298 К в сернокислом электролите для медненияследующего состава: СuSО4 — 0,01 моль/л, Н2SО4 — 0,01моль/л.7.13. Рассчитайте равновесный потенциал цинковогоэлектрода в сульфатном растворе цинкования при 50°С.Состав электролита следующий: ZnSО4 — 0,05 моль/л,H2SО4 — 0,01 моль/л, Аl2(SО4)3 — 0,001 моль/л.
Прими2те, что EZn21 /Zn при 50°С равен EZn21 /Zn при 298 К.410ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИ7.14. Составьте схему цинкового концентрационногоэлемента с активностями иона Zn2+, равными 10–2 моль/лу одного электрода и 10–6 моль/л у другого электрода. Рассчитайте ЭДС этого элемента при 298 К.7.15. Рассчитайте ЭДС серебряноцинкового элемента,работающего при 298 К, токообразующей реакцией в котором являетсяАgО + Zn Аg + ZnО.Объясните, почему полученное значение не совпадаетс напряжением этого элемента, равным 1,6 В.7.16. Рассчитайте ЭДС элемента, в котором при 298 Кустановилось равновесие:Zn + Sn2+ Zn2+ + Sn,если известны активности ионов aZn21 3 1024 моль/л иaSn21 3 1022 моль/л.Составьте уравнения электродных реакций.7.17.
Составьте схему работы, уравнения электродныхи токообразующей реакций гальванического элемента, укоторого один из электродов — кобальтовый (aCo21 33 1021 моль/л), а другой — стандартный водородный. Рассчитайте ЭДС элемента при 25°С. Как изменится ЭДС, еслиактивность ионов Со2+ уменьшить в 10 раз?7.18. Составьте схемы двух гальванических элементов,в одном из которых кадмий является анодом, а в другом —катодом. Напишите уравнения электродных и токообразующей реакций. Вычислите ЭДС каждого элемента пристандартных состояниях веществ и 298 К, используя термодинамические справочные данные.7.19. Проведя термодинамический расчет, определите, за счет какой из реакций (1) или (2) можно реализовать гальванический медноцинковый элемент с большейЭДС. Расчет проводите для стандартных состояний всехвеществ и 298 К:Zn + СuО ZnО + Сu;(1)Zn + Сu(ОН)2 ZnО + Сu + Н2О.(2)7.20.
Рассчитайте константу равновесия реакции, протекающей в серебряномагниевом элементе:ГЛАВА 7. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ4112Аg+ + Мg 2Аg + Мg2+при стандартных состояниях веществ и 298 К.Определите, чему равна максимальная полезная работа, которую можно совершить за счет протекания этой реакции (р, Т = соnst).7.21. Рассчитайте стандартную ЭДС кислороднометанового элемента, в котором протекает реакцияСН4(г) + 2О2(г) СО2(г) + 2Н2О(г),при 298 К.Вычислите константу равновесия данной реакции.7.22. Рассчитайте ЭДС свинцового аккумулятора в качестве электролита, в котором используется раствор серной кислоты с активностью ионов Н+, равной 6 моль/л,активностью ионов SO241 —3 моль/л и активностью воды —0,72 моль/л.7.23. Определите ЭДС концентрационного водородного элемента с активностью ионов водорода Н+, равной1 моль/л, при относительном парциальном давлении водорода у первого электрода, равном 1, и у второго — 10при 298 К.7.24.
Используя схему гальванического элемента:Zn | ZnСl2 || НСl | Н2, Рt,составьте уравнения электродных и токообразующей реакций.Рассчитайте ЭДС элемента при 298 К при концентрации HCl, равной 0,1 моль/л, концентрации ZnСl2, равной0,025 моль/л и давлении водорода pH2 1 1.7.25. Вычислите максимальную полезную работу, которую можно совершить за счет протекания реакцииН2(г) + 2Аg+ 2Аg(т) + 2Н+,при рН раствора, равном 5, pH2 1 10, 298 К, aAg 1 22 0,1моль/л.7.26. По величине ЭДС кадмийхлорного элемента при298 К, равной 1,821 В, определите активность иона Сd2+ врастворе, если активность иона Cl– равна 1 моль/л, а pCl2 1 1.7.27.
Для питания различной аппаратуры используется сухой марганцевоцинковый элемент:(+) MnO2,С | NН4Сl | Zn (–).412ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИКакова должна быть минимальная масса цинковогоанода для получения 3 Вт×ч энергии при ЭДС элемента,равной 1,5 В. Составьте уравнение анодной реакции.7.28. Напишите уравнение Нернста для реакции:MnO41 2 8H 2 2 5e 1 Mn22 2 4H2 O.Составьте уравнение зависимости потенциала даннойреакции от рН и рассчитайте его значение для активностейионов Мn2+, MnO41 , равных 1, и рН среды, равной 1, и 10при 298 К.7.29.
При изготовлении печатных плат производят избирательное травление (окисление) пленки меди, нанесенной на полимер. Определите, можно ли использовать вкачестве окислителя трихлорид железа, т. е. пойдет лиреакцияСu + Fе3+ ® Сu+ + Fе2+,при активностях ионов Fе3+ и Сu+, равных 1 моль/л, и298 К.Предложите также другой окислитель для растворения меди.7.30.
Будет ли в стандартных условиях и 298 К идтиреакцияFе2+ + Нg2+ ® Fе3+ + Нg+при смешивании растворов сульфата железа и сульфатартути?7.31. Будет ли при стандартных состояниях веществ и298 К идти реакция2Fе3+ + 2I– ® 2Fе2+ + I2после добавления в раствор сульфата железа (III) и иодиданатрия?7.32. Составьте уравнение для расчета окислительновосстановительного потенциала реакции[Со(NН3)6]3+ + е [Со(NН3)6]2+и рассчитайте значение потенциала при 298 К для случая,когда активности окисленной и восстановленной формвещества равны 1 и 0,01 моль/л cоответственно.7.33.
Известно получение некоторых металлов путемвосстановления с помощью СО или Н2. Подтвердите расГЛАВА 7. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ413четом, используя справочные данные, возможность реакции восстановления меди:СuО(т) + Н2(г) Сu(т) + Н2О(г)при стандартных состояниях веществ и 298 К.Рассчитайте массу восстановленной меди, если объемзатраченного водорода составил 22,4 л (при нормальныхусловиях).7.34.
Известно применение растворов галидов железа(FеСl3, FеI3, FеВr3) для снятия оксидов с поверхности некоторых металлов. Можно ли применить такие растворыдля снятия следующих оксидов:а) АgО;б) Аu2О3;в) СоО;г) NiO?Составьте уравнения возможных окислительновосстановительных реакций, проведите необходимый расчет длястандартных состояний веществ при 298 К, используясправочные данные.7.35. Предложите окислитель для обезвреживания токсичного хлора ( pCl2 1 1), имеющегося в растворе (используя справочные данные). Рассчитайте стандартную ЭДСэлемента на основе двух редоксэлектродов.7.36.
Вычислите теоретическое значение напряженияразложения водного раствора сульфата никеля (pH 6) наплатиновых электродах при 298 К.7.37. Рассчитайте ток в цепи при электролизе водногораствора поваренной соли на графитовых электродах, еслиза 1 ч 40 мин 25 с на катоде выделилось 1,4 л водорода,измеренного при нормальных условиях.7.38. Как изменится количество цинка в водном растворе ZnSО4 при электролизе с цинковыми электродами,если через раствор пропустить количество электричества,равное одному фарадею, при катодном выходе по току цинка, равном 50%, анодном — 100%?7.39. Какая масса (в г) гидроксида калия образоваласьу катода при электролизе водного раствора K2SО4 на нерастворимых электродах, если на аноде выделилось 11,2 лгаза, измеренного при нормальных условиях?414ОБЩАЯ ХИМИЯ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
