166105 (624939), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

.

Но поскольку мало растворим, то диссоциация протекает незначительно.

7. Может ли данный химический элемент образовывать комплексные соединения? Если да, то, какие (кислоты, основания, соли)? Приведите примеры.

Решение.

Цинк может образовывать комплексные соединения. Комплексы цинк образовывает с аммиаком, цианидами, гидразином, роданидами, а также с многими органическими веществами, например акридином, пирамидоном, дифенилгуанидином, некоторыми органическими красителями. Отсутствие в комплексах цинка стабилизации полем лигандов приводит к тому, что их стереохимия зависит только от размера и от электростатической и ковалентной составляющей связи. Комплексы цинка могут быть тетраэдрическими - или октаэдрическими - .

С аммиаком были выделены комплексные соединения состава: , , . Комплексы с 6 молекулами аммиака были получены только в сухом виде.

Известно значительное число комплексов цинка с органическими соединениями основного характера. В зависимости от условий могут образовываться соединения двух типов. К первому из них относятся соединения, где органический реагент непосредственно связан с ионом цинка и образует типичный комплекс вне­сения. Ко второму типу можно отнести соединения, в которых органическое основание играет роль катиона, дающего соли с другими ацидокомплексными анионами цинка. Эти соединения » характеру связи с органическими реагентами по существу от­носятся к обычным ионным ассоциатам.

Интересно отметить, что меняя условия образования комплек­сов, и прежде всего кислотность среды, нередко удается наблюдать взаимное превращения комплексов внедрения («аммиакаты») в комплексы типа «аммонийных солей» и обратно.

Гидразингидраты состава , обладают значительной прочностью из растворов комплексов сероводород не осаждает сульфид цинка. Первый из них плохо растворяется в воде, не растворим в спирте.

8. Напишите уравнения реакций гидролиза соли по 1-ой стадии в молекулярном и ионном виде с учетом всех равновесий. Рассчитайте рН среды при гидролизе этой соли (0,01 моль/л). Как усилить гидролиз?

Решение.

Соли цинка легко гидролизируются.

Рассмотрим гидролиз нитрата цинка.

В результате гидролиза нитрата цинка мы получим основную соль, основной нитрат цинка .

При гидролизе указанной соли мы получим ионы , тогда РН < 7. Раствор будет иметь кислую реакцию.

Рассчитаем РН среды.

Повлиять на процесс гидролиза можно с помощью добавки реактивов, кислот или основ. В процессе гидролиза мы получаем ионы Н⁺, если их связать действием ионов ОН^- , то процесс гидролиза усилится. Поскольку гидролиз процесс равновесный, то уменьшение концентрации ионов Н⁺ из – за реакции: приведет к смещению равновесия вправо, к усилению гидролиза.

Ослабить гидролиз можно введение ионов Н⁺, что приведет к смещению равновесия влево.

9. Окислительно-восстановительные реакции.

9.1. Дайте оценку восстановительных свойств Zn и окислительно-восстановительных свойств его ионов в зависимости от его рН среды (используйте справочные характеристики).

Решение.

Цинк – сильный восстановитель. На реакции цинка и ионами меди основана работа химического элемента Даниеля. Нормальный электродный потенциал цинка - 0.7618 В. как восстановитель цинк используют в многих химических процессах, например, он используется при восстановлении органических веществ, и т.п.

Восстановительная активность цинка проявляется особенно активно при РН<7, в кислых растворах. Он восстанавливает водород из кислот, например разбавленной серной или соляной.

Также цинк может восстанавливать металлы менее активные чем он сам в нейтральной среде. Он восстанавливает металлы от хрома (-0,74 В) до серебра (0,79 В). Это его свойство часто используют для изготовления гальванических элементов.

В щелочной среде цинк окисляется до иона , он также может восстанавливать водород из воды, восстанавливает многие неорганические соли, кислородные соединения.

Нормальный электродный потенциал электрода равен для реакции: -1,216 В, это значит, что цинк может восстанавливать в щелочной среде все соединения с более положительным потенциалом, это будут кислородные соединения хрома, марганца, олова, свинца и т.п.

Приведенное выше уравнение будет примеров взаимодействия цинка в щелочной среде.

9.2. Составьте уравнения 3-х окислительно-восстановительных реакций ( с использованием вещества содержащего ионы данного металла) при рН>7, рН=7, рН<7.

Предварительно рассчитайте Е⁰ химической реакции, используя метод электронно-ионного баланса.

Решение.

Для указанных уравнений запишем окислительно-восстановительные уравнения реакций. Сначала рассмотрим эти уравнения и решим их с помощью электронного баланса.

Запишем уравнения электронно-ионного баланса.

Суммируем уравнения.

Запишем полученное уравнение в молекулярном виде:

Рассчитаем Е⁰ химической реакции.

Суммируем уравнения.

Запишем полученное уравнение в молекулярном виде:

Рассчитаем Е⁰ химической реакции.

Составим уравнения ионно-электронного баланса.

Просуммируем полученные полу реакции.

Запишем уравнение в молекулярном виде.

Рассчитаем Е⁰ химической реакции.

10.3. Составьте и опишите схему гальванического элемента из металлического электрода данного металла и электродной системы С,

Решение.

Гальванический элемент состоит из катода и анода. Одним из электродов в нашем случае будет цинковый электрод, другим электродом будет инертный угольный электрод.

Запишем схему электрода.

Гальванический элемент состоит из цинковой пластины опущенной в раствор соли, что содержит ионы V³⁺ и H⁺ . поскольку РН <7. угольный электрод опущен в раствор, что содержит ионы . Между электродами расположена диафрагма, которая пропускает ионы, но не дает смешиваться электродным растворам. Если электрическая цепь разеденена. То в при электродных пространствах быстро наступает равновесие.

Цинковая пластинка в гальваническом элементе легко отдает свои катионы в раствор, тогда она будет окислятся.

Каждый ион цинка, переходя в раствор, оставляет на пластинке два электрона. Из-за этого пластинка получит отрицательный заряд. На угольном электроде будут проходить процессы восстановления:

Если цепь замкнуть, то в гальваническом элементе возникнет электрический ток. Электроны из места, где плотность отрицательного заряда высока, будут переходить в место с меньшей плотностью отрицательного заряда.

В целом химическую реакцию. Которая происходит в гальваническом элементе можно записать так: . В молекулярном виде уравнение будет иметь такой вид: .

Важной характеристикой любого гальванического элемента будет его ЭРС. Она равна: , если округлить полученное значение ЭРС, то мы получим: . При вычислении ЭРС мы не учитывали влияния концентрации ионов на величину потенциала, а приведенные значения точны только для ситуации, когда концентрации веществ равны нулю. Поэтому значение ЭРС в реальных гальванических элементах будет несколько другим. Также надо отметить, что чаще используется медно-цинковые гальванические элементы, которые более дешевы чем элементы с использованием ванадия.

10.4. Опишите процесс электрохимической коррозии при контакте металла и изделия из Sn во влажной среде (Без аэрации и при аэрации).

Решение.

Если включения олова в цинк имеют значительные размеры, то мы будем иметь дело с гальваническим элементом.

Поскольку электродные потенциалы для олова и цинка равны:

Мы будем иметь гальванический элемент в котором цинк будет более активным металлом по сравнению с оловом, что приведет к его окислению.

Рассмотрим случай, когда мы имеем включения олова в цинк во влажной атмосфере без аэрации. Отсутствие аэрации означает отсутствие активного кислорода, который может вступать в электрохимические взаимодействия.

На скорость коррозии цинка будет также влиять наличие оксидной пленки на поверхности цинка.

Олово будет оказывать на цинк поляризирующее влияние, что приведет к тому, что цинк (потенциал которого меньше) будет поляризироваться анодно и скорость его коррозии возрастет.

На аноде будет проходить реакция: .

На катоде, в роли которого выступает олово, будет протекать реакция: . В результате реакции будет выделяться водород. Ионы гидроксила будут взаимодействовать с ионами цинка и в результате мы получим гидроксид цинка.

Рассмотрим процесс коррозии при аэрации. Наличие аэрации означает доступ кислорода к контакту двух металлов.

На аноде будет проходить реакция: .

На катоде, в роли которого выступает олово, будет протекать реакция: . В результате реакции мы получим ионы гидроксила. Ионы гидроксила будут взаимодействовать с ионами цинка и в результате мы получим гидроксид цинка.

Процесс коррозии при аэрации проходит более активно чем без аэрации, поэтому такой вид коррозии будет более опасен для цинковых деталей чем коррозия без доступа воздуха.

10.5. Опишите процесс электролиза с учетом перенапряжения.
Электролит – раствор ZnCl₂ PH= 2, 5

Электроды: катод – С,

анод – Zn.

Решение.

В растворе хлорид цинка будет диссоциировать на ионы согласно уравнения:

Рассмотрим процессы, которые будут происходить на аноде.

Анод цинковый. На цинковом аноде могут происходить несколько процесов:

Запишем потенциалы прохождения указанных процессов:

Перенапряжение выделения кислорода на цинковом электроде при плотности тока 1мА/см² равно 1,75 В. Это значит, что кислород данной реакции выделятся не будет и на аноде возможны только две электрохимические реакции:

Как видно из значений электродных потенциалов на аноде будет происходить реакция окисления цинка: , потенциал которой будет ниже чем потенциал восстановления хлора. Мы будем иметь дело с рафинированием цинка.

Рассмотрим электродные процессы на катоде. Материал катода – уголь или графит, катод инертен и не будет брать участия в электрохимических процессах. На катоде также возможны несколько реакций, рассмотрим их. РН среды равно 2,5. На графите при температуре 20ºС перенапряжение выделения водорода при плотности тока 1 А/см² равно 1,2 В, а при плотности тока 1 мА/см² всего лишь 0,6 В. За уравнением Нернста мы можем вычислить значение потенциала перенапряжения водорода при РН=2,5. потенциал водородного электрода находится в линейной зависимости от РН среды.

При давлении водорода 1 атмосфера , и при РН=2,5 мы получим перенапряжение равное:

При плотности тока равной 1 А/см² перенапряжение равно: а при плотности тока 1 мА/см² .

Ионы же цинка восстанавливаются при потенциале равном - 0,763 В. Перенапряжением восстановления ионов цинка на графитовом электроде можно пренебречь, поскольку оно довольно мало по значению. Из полученных расчетов видно что при малых плотностях тока на графитовом электроде возможны две конкурирующие реакции:

При плотности тока на катоде будет выделятся водород по уравнению , поскольку потенциал восстановления водорода будет равен , что больше потенциала восстановления цинка . При плотности тока будут происходить конкурирующие реакции:

При этих условиях потенциал восстановления водорода равен около . При плотности тока равной 1 А/см² перенапряжение равно: , при этих условиях мы можем вести выделение цинка из раствора по уравнению: . Тогда водород на электродах выделяться не будет.

При проведении электролиза надо учитывать повешение температуры, при повышении температуры на 1ºС перенапряжение уменьшается на 2 – 3 мВ. Оно также зависит от вида поверхности электрода и от наличия некоторых органических добавок в электролите.

Список использованной литературы.

1. Глинка Н. Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1988. – 702 с.

2. Полеес М. Э. Аналитическая химия. – М.: Медицина, 1981. – 286 с.

3. Крешков А. П., Ярославцев А. А. Курс аналитической химии. – М.: Химия, 1964. – 430 с.

4. Мороз А. С., Ковальова А. Г. Физическая и коллоидная химия. – Л. : Мир, 1994. – 278 с.

5. Физическая химия. Практическое и теоретическое руководство. Под ред. Б. П. Никольского, Л.: Химия, 1987. – 875 с.

6. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. В 2 т. Пер с англ. М.: Мир, 1979, - 438 с.

7. Натарова Н. Г. Аналитическая химия цинка. – М.: Химия, 1982. – 378 с.

20

Характеристики

Список файлов курсовой работы