Примеры решения задач. 1. Из приведенного ряда металлов: Al, Ag, Ni, Hg указать те металлы, которые могут служить анодом в ГЭ в сочетании с медным катодом при стандартных

1. Из приведенного ряда металлов: Al, Ag, Ni, Hg указать те металлы, которые могут служить анодом в ГЭ в сочетании с медным катодом при стандартных условиях.

Решение:

По таблице 10.1 находим значения стандартных электродных потенциалов Al, Ag, Ni, Hg и Cu:

= -1,67 В; = +0,80 В; = -0,25 В; = +0,86 В; = +0,34 В.

В гальваническом элементе напряжение >0. Определим возможные знаки в предположении, что медный электрод – катод:

= - = +0,34 – (-1,67)> 0, Al может быть анодом в паре с медным катодом

= - = +0,34 – (+0,80) ˂0, Ag неможет быть анодом в паре с медным катодом

= - = +0,34 – (-0,25))> 0, Ni может быть анодом в паре с медным катодом

= - = +0,34 – (+0,86) ˂0, Hg неможет быть анодом в паре с медным катодом

Ответ: Al; Ni.>

 

2. Указать, в каком случаи напряжение ГЭ, составленного из двух металлических электродов, погруженных в растворы своих солей при стандартных условиях будет наибольшим:

а) Zn-Cu; б) Zn-Mg; в) Zn-Ag.

Решение:

Напряжение ГЭ равно разности потенциалов катода и анода: .

Катодом в ГЭ является тот электрод, значение потенциала которого больше φ_к⁰ > φ_А⁰.

По таблице 6.1 находим значения стандартных электродных потенциалов, рассчитываем :

а) = -0,76 В = +0,34 В, = +0,34 – (- 0,76) = 1,1 В

б) = -0,76 В = -2,37 В = - 0,76 – (- 2,37) = 1,61 В

в) = -0,76 В = +0,8 В = + 0,8 – (- 0,76) = 1,56 В

Следовательно, наибольшим будет стандартное напряжение равные 1,61В.

Ответ: б) Zn-Mg.

 

3. Указать правильные значения электродного потенциала водородного электрода, рН раствора которого равно 7. а) – 0,23В; б) -0,34В; в) – 0,41В;

г) -0,57В.

Решение:

Значение электродного потенциала водородного электрода определяем по формуле: . Тогда, при рН=7, ; Следовательно, электродный потенциал водородного электрода при рН=7 равен – 0,41 В.

Ответ: в) – 0,41В

 

4. Алюминиевый электрод погружен в 5∙10^{-4 М раствор сульфата алюминия. Вычислить значение электродного потенциала алюминия.}

Дано: Металл – Al = 5∙10-4 М   -?

Решение: Электродный потенциал алюминия рассчитываем по уравнению Нернста: = +

По таблице 6.1 определяем = -1,67 В

Записываем уравнение электродного процесса, протекающего на поверхности алюминиевого электрода в растворе своей соли: Al = Al³⁺ + 3ē

n – число электронов, участвующих в электродном процессе.

Для данной реакции n равно заряду иона алюминия Al³⁺(n=3).

Рассчитываем концентрацию ионов алюминия в растворе Al₂(SO₄)₃:

= ∙α∙

Разбавленный раствор Al₂(SO₄)₃ – сильный электролит.

Следовательно, α = 1. По уравнению диссоциации Al₂(SO₄)₃:

Al₂(SO₄)₃ = 2Al³⁺ + 3SO число ионов Al³⁺, образующихся при диссоциации одной молекулы Al₂(SO₄)₃ равно 2. Следовательно, =2

Тогда = 5∙10^-4∙1∙2 = моль/л

Рассчитываем электродный потенциал алюминиевого электрода.

= -1,67 + = -1,73 В

Ответ: = -1,73 В.

 

5) Потенциал цинкового электрода, погруженного в раствор своей соли, равен (-0,86В). Вычислить концентрацию ионов цинка в растворе.

Дано: Металл – Zn = -0,80B   -?

Решение: Электродный потенциал цинка рассчитываем по уравнению Нернста: = +

Откуда: =

По таблице 6.1 определяем стандартный электродный потенциал цинка

= -0,76 В, n – равно заряду иона цинка Zn²⁺ (n=2).

Тогда: = = - 1,36

= 10^-1,36 моль/л = 0,04 моль/л

Ответ: = 0,04 моль/л.

5. Составить две схемы гальванических элементов (ГЭ), в одной из которых олово служило бы анодом, в другой – катодом. Для одной из них написать уравнения электродных процессов и суммарной токообразующей реакции. Вычислить значение стандартного напряжения ГЭ.

Решение:

В гальваническом элементе анодом является более активный металл с меньшим значением электродного потенциала, катодом – менее активный металл с большим значением электродного потенциала.

По таблице 6.1 находим = -0,14В

а) Олово - анод ГЭ. В качестве катода можно выбрать любой металл с > , например медь = + 0,34 В.

 

 

б) Олово - катод ГЭ. В качестве анода ГЭ можно выбрать любой металл с < , кроме щелочных и щелочноземельных металлов, так как они реагируют с водой.

Например, магний = -2,37 В

В паре Mg-Sn – магний является анодом, олово – катодом.

Составляем схему ГЭ:

А(-) Mg │ Mg²⁺ ││ Sn²⁺ │ Sn(+) K

или

А(-) Mg │ MgSO₄ ││ SnSO₄ │ Sn(+) K

 

6. Составить схему коррозионного гальванического элемента, возникающего при контакте железа с цинком в:
а) атмосферных условиях (Н₂О + О₂);
б) кислой среде (Н₂SO₄);
в) кислой среде в присутствии кислорода (HCl + O₂).
Написать уравнения электродных процессов и суммарной реакции процесса коррозии.

Решение:

По таблице 6.1 находим значение стандартных электродных потенциалов железа и цинка: = - 0,44В, = - 0,76 В.

Так как < , то анодом коррозионного гальванического элемента будет являться цинк, катодом – железо.

 

а) Коррозия в атмосферных условиях (H₂O + O₂).

Составляем схему коррозионного ГЭ, уравнение реакции коррозионного процесса:

 

б) Коррозия в кислой среде (H₂SO₄)

 

 

 

в) Коррозия в кислой среде в присутствии кислорода (HCl+O₂).