УРОВЕНЬ В

1. Составить схему гальванического элемента (ГЭ), образованного цинковым электродом, погруженным в 1М раствор хлорида цинка, и хромовым электродом, погруженным в 1· 10^-3М раствор хлорида хрома (III). Рассчитать напряжение ГЭ, написать уравнения электродных процессов и суммарной токообразующей реакции.

Дано:   ε -?

РЕШЕНИЕ: Для составления схемы ГЭ необхо-димо знать величины электродных потенциалов металлов – цинка и хрома. По таблице 11.1 определяем стан-дартные электродные потенциалы металлов:

= - 0, 76 В, = - 0, 74В.

Хлорид цинка диссоциирует по уравнению:

ZnCl₂ = Zn²⁺ + 2Сl^-.

= ∙ α ∙ = 1∙ 1∙ 1 = 1 моль/л,

α = 1 (ZnCl₂ – сильный электролит), = 1, поскольку условия стандартные = -0, 76В.

Хлорид хрома (III) диссоциирует по уравнению:

CrCl₃ = Cr³⁺ + 3Сl^-

= ∙ α ∙ = 10^-3∙ 1∙ 1 = 10^-3 моль/л,

α = 1 (CrCl₃ – сильный электролит), = 1, поскольку условия отличны от стандартных, рассчитываем электродный потенциал хрома:

= + = -0, 74 + lg10^-3= -0, 80В

Так как < , то в ГЭ анодом будет являться хром, катодом – цинк.

 

Составляем схему ГЭ:

А (-) Cr │ CrCl₃ │ │ ZnCl₂ │ Zn (+) K

 

А (-) Cr │ Cr³⁺ │ │ Zn²⁺ │ Zn (+) K

Составляем уравнения электродных процессов и суммарной токообразующей реакции:

НОК ДМ

На A(-)Cr – 3ē = Cr³⁺ 2

На К(+)Zn²⁺ + 2ē = Zn 3

2Cr + 3Zn²⁺ = 2Cr³⁺ + 3Zn - суммарное ионно-молекулярное уравнение токообразующей реакции

2Cr + 3ZnCl₂ = 2CrCl₃ + 3Zn - суммарное молекулярное уравнение токообразующей реакции.

Рассчитываем напряжение ГЭ:

= - = -0, 76-(-0, 80)= 0, 04В

Ответ: ε = 0, 04В.

2. Составить схему ГЭ, в котором протекает химическая реакция Fe + Ni²⁺ = Fe²⁺ + Ni. Написать уравнения электродных процессов. На основании стандартных значений энергий Гиббса образования ионов ∆ _fG⁰(298К, Meⁿ⁺) рассчитать стандартное напряжение ГЭ и константу равновесия реакции при 298К.

∆ _fG⁰ (298 К, Ni²⁺) = - 64, 4 кДж/моль;

∆ _fG⁰ (298 К, Fe²⁺) = - 84, 94 кДж/моль.

Дано: Δ fG0(298K, Ni2+) = -64, 4 кДж/моль Δ fG0(298K, Fe2+) = -84, 94 кДж/моль Т = 298 К ε 0 -? Кс -?

РЕШЕНИЕ: На основании реакции, приведенной в условии задачи, составляем уравнения электродных процессов:

НОК ДМ

На A(-)Fe – 2ē = Fe²⁺ 1 - окисление

На К(+)Ni²⁺ + 2ē = Ni 1 - восстановление

 

Анодом ГЭ является электрод, на котором происходит процесс окисления. Катодом – электрод, на котором происходит процесс восстановления. Тогда в рассматриваемом ГЭ анодом будет являться железо, катодом – никель.

Составляем схему ГЭ:

А(-) Fe │ Fe²⁺ ║ Ni²⁺ │ Ni(+)K

Рассчитываем стандартное напряжение ГЭ:

∆ _rG⁰ (298 К) = - z∙ F∙ ε ⁰,
= ∆ _fG⁰ (298 К, Fe²⁺) - ∆ _fG⁰ (298 К, Ni²⁺) =
= -84, 94-(-64, 4) = -20, 54 кДж,

ε ⁰ =

z = 2, F = 96500 Кл/моль.

Рассчитываем константу равновесия токообразующей реакции (К_c).

= - 2, 303∙ R∙ T∙ lgK_c;

lgK_с =

K_с = 10^{3, 6} = 3981

Ответ: ε ⁰ = 0, 106В, K_с = 3981.

3. Составить схему коррозионного ГЭ, возникающего при контакте железной пластинки площадью 20 см² с никелевой в растворе соляной кислоты HCl. Написать уравнения электродных процессов и суммарной реакции процесса коррозии.

а) Вычислить объемный и весовой показатели коррозии, если за 40 минут в процессе коррозии выделилось 0, 5 см³ газа (н.у.).

б) Вычислить весовой и глубинный показатели коррозии, если за 120 минут потеря массы железной пластинки составила 3, 7∙ 10^{-3 г. Плотность железа равна 7, 9 г/см3}.

РЕШЕНИЕ:

По таблице 11.1 находим значения стандартных электродных потенциалов железа и никеля:

= - 0, 44В, = - 0, 26В.

Так как < , то анодом коррозионного ГЭ будет являться железо, катодом – никель.

Составим схему коррозионного ГЭ:

А (-) Fe │ HCl │ Ni (+) K

или

А (-) Fe │ H⁺ │ Ni (+) K

Cоставляем уравнения электродных процессов и суммарной реакции процесса коррозии:

На A Fe – 2ē = Fe²⁺

На К 2Н⁺ + 2ē = Н₂

Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂ – суммарное ионно-молекулярное уравнение процесса коррозии.

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂ – суммарное молекулярное уравнение процесса коррозии.

а)

Дано: τ = 40 мин V(газа) = 0, 5 см3 S = 20 см 2   KV -? Km -?

Рассчитываем объемный показатель коррозии KV по формуле: KV = , см3/м2∙ час. При расчете KV принимаем: S – [м2], τ - [час], V(газа) – [см3].

Из уравнения суммарной реакции процесса коррозии следует, что при коррозии выделяется водород.

Следовательно, V_(газа) = .

Тогда, K_V = = 375 см³/м²∙ час.

10^-4 – коэффициент пересчета, см² в м².

Рассчитываем весовой показатель коррозии K_m по формуле:

K_m = , г/м²∙ час.

В процессе коррозии разрушению подвергается железо и выделяется водород.

Следовательно:

М_эк(Ме) = М_эк(Fe) = =28 г/моль,

= 11200 см³/моль.

K_m = = 0, 94 г/м²∙ час.

Ответ: K_V = 375 см³/м²∙ час, K_m = 0, 94 г/м²∙ час.

б)

Дано: τ = 120 мин = 3, 7· 10-3 г. S = 20 см 2 ρ Fe = 7, 9 г/см3   Km -? П -?

Рассчитываем весовой показатель коррозии Km по формуле: Km = , г/м2∙ час. Коррозии подвергается железо. Тогда потеря массы металла .

При расчете K_m принимаем: - [г]; S – [м²], τ - [час].

Тогда: K_m = = = 0, 925 г/м²∙ час.

Рассчитываем глубинный показатель коррозии по формуле:

П = = мм/год.

Ответ: K_m = 0, 925 г/м²∙ час, П = 1, 03 мм/год.