Название: Сборник задач по теоретической электрохимии - (Н.А. Рогожников)

Жанр: Технические

Просмотров: 1261


Тема 3. электрохимическая термодинамика

 

Раздел 1.  Химические реакции в гальваническом элементе

 

Задание 1

 

Даны электроды (см. вариант в табл. 3.1).

1. Подберите электролиты и составьте электрохимические схемы гальванического элемента, образованного из ваших электродов.

2. Запишите уравнения электродных реакций и токообразующую реакцию в гальваническом элементе.

3. Рассчитайте равновесные потенциалы для данных электродов (парциальное давление газа для газовых электродов во всех случаях равно 101 кПа).

4. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента.

 

Таблица  3.1

 

Гальванический элемент

Электрод 1

Электрод 2

Электрод

аионов (моль/л)

Электрод

аионов (моль/л)

1

Cu

0.01

Pb|PbSO4

0.5

2

Pt|O2|OH-

0.001

Sn

0.2

3

Ag|AgCl

0.4

Au

0.3

4

Co

0.25

Hg|Hg2Cl2

0.3

5

Pt|Cl2|Cl-

0.45

Hg

0.4

6

Mn

0.03

Zn|Zn(OH)2

0.1

7

Fe|Fe(OH)2

0.001

Pt|H2

0.002

8

Ag|Ag2S

0.05

Cd

0.2

9

Zn

0.04

Pb|PbCl2

0.1

10

Al

0.22

Co|Co(OH)2

1

11

Sn|HSnO2-

0.1

Ni

0.5

 

Окончание табл.  3.1

 

 

Гальванический элемент

Электрод 1

Электрод 2

Электрод

аионов (моль/л)

Электрод

аионов (моль/л)

12

Ag|AgBr

0.0001

Bi

0.3

13

Tl

0.14

Ag|AgCl

0.003

14

Pb

0.2

Cu|Cu(OH)2

0.02

15

Ag

0.06

Ni|Ni(OH)2

0.11

16

Zn

1.1

Pt|I2|I-

0.1

17

Cd

0.2

Ag|AgCl

0.1

18

Zn|Zn(OH)2

0.001

In

0.1

19

Cr

0.3

Sn|HSnO2-

0.05

20

Ni

0.2

Pb|PbO

0.15

 

Задание 2

 

Дано уравнение суммарной реакции гальванического элемента (табл. 3.2).

1. Составьте электрохимическую схему гальванического элемента.

2. Запишите электродные реакции.

3. Рассчитайте стандартное значение ЭДС гальванического элемента.

                      Таблица  3.2

Суммарная реакция

1

Cu + 2 AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2 Ag

2

Zn + Pb(NO3)2 = Zn(NO3)2 + Pb

3

Cu + Hg(NO3)2 = Cu(NO3)2 + Hg

4

2Cr + 3CuCl2 = 2CrCl3 + 3Cu

5

Sn + AgNO3 = Sn(NO3)2 + 2 Ag

6

Sn(NO3)2 + Zn = Zn(NO3)2 + Sn

 

Окончание табл.  3.2

7

Fe + Pb(NO3)2 = Fe(NO3)2 + Pb

8

Sn(NO3)2 + Fe = Fe(NO3)2 + Sn

9

2Cr + 3SnCl2 = 2CrCl3 + 3Sn

10

Pb + Cu(NO3)2 = Pb(NO3)2 + Cu

11

2AgNO3 + Pb = Pb(NO3)2 + 2Ag

12

Ti + 2FeSO4 = Ti(SO4)2 + 2Fe

13

Fe + Cu(NO3)2 = Fe(NO3)2 + Cu

14

Mn + Pb(NO3)2 = Mn(NO3)2 + Pb

15

Ni  + 2AgNO3 = 2Ag + Ni(NO3)2

16

Hg(NO3)2 + Pb = Pb(NO3)2 + Hg

17

2AgNO3 + Fe = Fe(NO3)2 + 2Ag

18

3Mn + 2CrCl3 = 2Cr + 3MnCl2

19

2AgNO3 + Zn = Zn(NO3)2 + 2Ag

20

Cu(NO3)2 + 2Tl = 2TlNO3 + Cu

 

Раздел 2.  Электродный потенциал

 

Задание 1. Стандартный электродный потенциал и связь электродного потенциала с концентрацией электролита (во всех заданиях нужно записывать электродные реакции и составлять схемы электродов)

 

Вариант 1

 

1. Вычислите потенциал никелевого электрода, опущенного в раствор с аNi2+ = 0,05 моль/л.

2. Рассчитайте потенциалы кислородного электрода, при стандартном давлении и а) рН = 5, б) рН = 10.

3. Рассчитайте произведение растворимости и растворимость AgCl в воде при 25 oC по данным о стандартных потенциалах.

 

Вариант 2

 

1. При какой активности ионов Zn2+ значение потенциала цинкового электрода становится равным стандартному потенциалу хромового электрода?

2. Рассчитайте стандартный электродный потенциал реакции Cu2+ + е- = Cu+ по данным для реакций Cu2+ + 2 е- = Cu и Cu+ + е- = = Cu.

3. Потенциал серебряного электрода в растворе с концентрацией ионов серебра 0,3 моль/л равен 0,751 В. Вычислите средний коэффициент активности.

 

Вариант 3

 

1. Определите потенциал медного электрода, погруженного в раствор Cu(NO3)2 с аCu2+ = 0,01 моль/л.

2. При какой активности ионов хлора потенциал хлорсеребряного электрода равен стандартному потенциалу водородного электрода?

3. В каком интервале рН ионы серебра устойчивы (не восстанавливаются до металлического серебра) в водном растворе (аAg+ = 1 моль/л)?

 

Вариант 4

 

1. Потенциал водородного электрода равен – 0,445 В. Определите рН раствора.

2. Хромовый электрод в растворе его соли имеет потенциал –0,744 В. Напишите уравнение электродной реакции и рассчитайте активность ионов Cr3+.

3. Произведение растворимости бромистого серебра равно 5,3.∙10-13. Чему равен стандартный потенциал бромсеребряного электрода?

 

Вариант 5

 

1. При какой активности ионов Cd2+ значение потенциала кадмиевого электрода становится равным стандартному потенциалу кобальтового электрода?

2. Рассчитайте потенциал электрода, на котором протекает реакция Cr3+ + e- = Cr2+.

3. Чему равен потенциал серебряного электрода (раствор AgNO3) при концентрации ионов серебра 0,0001 моль/л (при такой концентрации можно считать коэффициент активности равным единице)? Как изменится потенциал электрода, если в раствор добавить NaNO3 при = 0,008 моль/л?

Вариант 6

 

1. Вычислите потенциал ртутно-сульфатного электрода при 25 оС, если измерения проведены в растворе серной кислоты с концентрацией 0,05 моль/л, средний коэффициент активности которого равен 0,29.

2. Рассчитайте стандартный электродный потенциал реакции Cr2+ + 2 e- = Cr по данным для реакций Cr3+ + e- = Cr2+ и Cr3+ + 3 е-= = Cr.

3. В каком интервале рН металлический галлий должен быть устойчив при контакте с водным раствором?

 

Вариант 7

 

1. Потенциал Cd электрода при 298 К в растворе его соли равен –0,52 В. Рассчитайте активность ионов Cd2+.

2. Потенциал  окислительно-восстановительного электрода Cr3+ , Cr2+ │Pt ЕCr3+/Cr2+ = -0.42 В. Чему равна активность ионов Cr3+, если активность ионов Cr2+ равна 0,1 моль/л?

3. Потенциал свинцового электрода в растворе с концентрацией ионов свинца 0,2 моль/л равен –0,153 В. Вычислите средний коэффициент активности.

 

Вариант 8

 

1. В каком интервале рН свинец будет растворяться в кислоте?

2. Потенциал медного электрода равен 0,30 В. Средний коэффициент активности равен 0,3. Вычислите концентрацию ионов меди.

3. Вычислите стандартную ЭДС гальванического элемента, в котором протекает реакция Fe3+ + Cu+ = Fe2+ + Cu2+.

 

Вариант 9

 

1. Рассчитайте потенциал электрода, на котором при 298 К установилось равновесие AgСl + e- = Ag + Cl-  при аCl- = 10-2 моль/л.

2. При какой активности ионов Pb2+ равновесный потенциал свинцового электрода при 298 К будет равен стандартному потенциалу никелевого электрода?

3. Какие ионы – Fe2+ или Pb2+ – способны окислить ионы Ti3+ до Ti2+?

 

Вариант 10

 

1. При какой активности ионов Ag+ (моль/л) значение потенциала серебряного электрода будет на 0,59 В меньше его стандартного потенциала?

2. Рассчитайте потенциал окислительно-восстановительного электрода, на котором протекает реакция Ti4+ + 2e- = Ti2+.

3. В каком интервале рН возможна реакция Hg2+ + e- = Hg+ за счет взаимодействия с водой?

 

Вариант 11

 

1. Равновесный потенциал серебряного электрода равен 0, В. Рассчитайте активность ионов серебра.

2. Рассчитать произведение растворимости и растворимость Hg2Cl2 в воде при 25 oC по данным о стандартных электродных потенциалах.

3. В каком интервале рН молибден не будет растворяться в кислоте?

 

Вариант 12

 

1. При какой активности ионов Pb2+ значение потенциала свинцового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного потенциала?

2. Чему равен стандартный потенциал электрода, на котором протекает реакция Co3+ + e- = Co2+ ?

3. Потенциал кислородного электрода равен 0,85 В. Определите рН раствора.

 

Вариант 13

 

1. При определении рН раствора с помощью ртутно-оксидного электрода электродный потенциал составил 0,407 В. Чему равно значение рН?

2. При какой активности ионов Cu2+ (моль/л) значение потенциала медного электрода равно 0,35 В?

3. На основе данных об электродных потенциалах определите произведение растворимости Zn(OH)2 в воде.

 

Вариант 14

 

1. Рассчитайте потенциал каломельного электрода в растворе соляной кислоты с концентрацией 0,001 моль/л. При вычислениях учитывайте средний коэффициент активности.

2. Потенциал электрода Ti4+, Ti3+ │Pt равен –0,02 В. Чему равно отношение активностей ионов в растворе.

3. Вычислите стандартный потенциал электрода, на котором протекает реакция ZnS + 2 e- = Zn + S2-.

 

Вариант 15

 

1. Рассчитайте стандартный потенциал электрода, на котором протекает реакция 2Hg2+ + 2e- = Hg22+.

2. Вычислите парциальное давление газообразного водорода, если равновесный потенциал водородного электрода равен –0,2 В при рН раствора равном двум.

3. Рассчитайте равновесный потенциал электрода, на котором протекает реакция PbСl2 + 2 e- = Pb + 2Cl-  при аCl- = 0,1 моль/л.

 

Вариант 16

 

1. Потенциал цинкового электрода при 298 К в растворе его соли равен –0,88 В. Рассчитайте активность ионов Zn2+.

2. При какой активности ионов Mn2+ значение потенциала цинкового электрода становится равным стандартному потенциалу молибденового электрода.

3. Рассчитайте произведение растворимости PbSO4 в воде при 25 oC по данным о стандартных электродных потенциалах.

 

Вариант 17

 

Вычислите потенциал свинцового электрода в растворе с aPb2+ = 0,2 моль/л.

2. Каким должно быть отношение активностей ионов [Fe(CN)6]3- и [Fe(CN)6]4- в водном растворе, для того чтобы стало возможным окисление воды до кислорода при рН = 14?

3. Вычислите стандартный потенциал электрода, на котором протекает реакция AgSCN + e- = Ag + SCN-.

 

Вариант 18

 

1. При измерении рН раствора с помощью водородного электрода парциальное давление водорода обычно не равно точно 101 кПа. Насколько низким может быть парциальное давление водорода при 25 оС, если допустимая ошибка измерения 0,01 еди-

ницы рН?

2. Пользуясь данными о стандартных электродных потенциалах, выясните, в виде каких ионов (Fe2+ или Fe3+) железо будет переходить в раствор при его растворении в кислоте?

3. По данным о стандартных электродных потенциалах рассчитайте произведение растворимости Hg2Cl2 в воде при 25 oC.

 

Вариант 19

 

1. Рассчитайте стандартный потенциал электрода, на котором протекает реакция Au3+ + 2e- = Ag+.

2. При какой активности ионов Co2+ значение потенциала кобальтового электрода становится равным стандартному потенциалу никелевого электрода?

3. Рассчитайте потенциал хлорсеребряного электрода в растворе NaCl с концентрацией 0,002 моль/л. При вычислениях учитывайте средний коэффициент активности.

 

Вариант 20

 

1. Чему равен потенциал медного электрода (раствор CuSO4) при активности ионов меди 0,0002 моль/л? Как изменится потенциал электрода, если в раствор добавить Na2SO4 с концентрацией 0,005 моль/л?

2. Рассчитайте равновесный потенциал таллиевого электрода, на котором протекает реакция Tl2S + 2 e- = 2Tl + S2-  при аS2- =

= 0,03 моль/л.

3. В каком интервале рН возможно окисление воды за счет реакции MnO4- + e- = MnO42-?

Задание 2. Электроды первого и второго рода (во всех заданиях нужно записывать электродные реакции и составлять схемы электродов)

1. Для металлического электрода первого рода (см. табл. 3.3) составьте электрохимическую схему электрода, запишите уравнение электродной реакции. Рассчитайте значение электродного потенциала при заданной концентрации электролита с (при вычислениях учитывайте средний коэффициент активности).

 

    Таблица  3.3

Электролит

с, моль/л

Электролит

с, моль/л

1

CuCl2

0,01

11

AuCl3

0,009

2

AgNO3

0,0025

12

Pb(NO3)2

0,0072

3

GaCl3

0,0016

13

PtCl2

0,0065

4

CrCl3

0,0055

14

MoCl3

0,0021

5

PdSO4

0,0033

15

Hg(NO3)2

0,0069

6

ZrCl4

0,005

16

NiCl2

0,0045

7

CoCl2

0,0049

17

ZnCl2

0,0077

8

RhSO4

0,0037

18

CdCl2

0,0083

9

SnCl2

0,0014

19

MnCl2

0,0018

10

FeCl2

0,0041

20

Bi(NO3)3

0,0058

 

2. Для электрода второго рода (см. табл. 3.4) составьте электрохимическую схему электрода, запишите уравнение электродной реакции. Вычислите величины стандартного потенциала и потенциала электрода для заданной активности аниона а.

 

Таблица  3.4.

Трудно растворимая соль

Элект-ролит

а, моль/л

Трудно раствори-мая соль<