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

Жанр: Технические

Просмотров: 1275


Тема 5.  электрохимическая кинетика

 

Раздел 1. Законы Фарадея

 

Задание 1

 

Определите степень окисления соли висмута (Bi) в растворе, если для выделения 11 г металлического висмута было израсходовано 15389 кулонов электричества. Запишите уравнения реакций.

При электролизе Cr(NO3)3 в электролизере с угольными электродами за 10 мин на катоде выделилось 0,26 г хрома. Какова была сила тока, если выход хрома по току составил 80 \%? Запишите уравнения катодной и анодной реакций.

Через раствор AgNO3 пропускали ток силой 1 А в течение

3 ч до тех пор, пока все серебро не выделилось из раствора. При этом был использован нерастворимый анод. Какие реакции происходили при этом на катоде и аноде? Сколько граммов AgNO3 содержалось в растворе? Что представляет собой оставшийся раствор?

Через электролизер, анодом и катодом которого является цинк, в течение 2 ч пропускали ток силой 0.8 ампера. Запишите уравнения электродных реакций. На сколько граммов уменьшилась масса анода, если анодный выход по току составляет 100 \%?

Имеется электролизер с платиновыми электродами и раствором K2SO4. Запишите уравнения катодной и анодной реакций. Какое количество КОН (граммов) образуется у катода, если пропустить через раствор 9650 кулонов электричества? Какое вещество образуется возле анода?

Какие реакции происходят на катоде и аноде при электролизе раствора KNO3, если оба электрода сделаны из меди? Сколько граммов и какого вещества образовалось возле анода и  катода, если пропускался ток силой 1 А в течение 30 мин?

Определите степень окисления платины (Pt) в растворе ее азотнокислой соли, если для выделения 1,52 г металлической платины в течение 10 мин. пропускался ток силой 5 ампер. Запишите уравнения реакций на электродах, если электроды угольные.

Сколько времени потребуется для выделения 11,2 л водорода (н. у.) при электролизе раствора HCl, если сила тока равна 0,5 А? Запишите уравнения электродных реакций, если электроды медные.

Сколько кулонов электричества нужно пропустить через раствор соли серебра, чтобы выделить из раствора 1 г серебра? Запишите электрохимическую схему электролизера и реакции на катоде и аноде. Катод – Ag, анод – Pt, электролит – водный раствор AgNO3. Катодный выход по току 100 \%.

Ток силой 2 А в течение 2 ч пропускался через раствор Cu(NO3)2. Cколько меди выделилось на катоде? Сколько меди выделится, если Cu(NO3)2 заменить на CuNO3? Запишите уравнения катодной и анодной реакций при проведении электролиза с угольными электродами.

Вычислите атомную массу двухвалентного металла, если при пропускании через раствор его азотнокислой соли тока силой 4 А в течение 24 мин 30 с на катоде выделилось 2 г металла (выход металла то току 100 \%)? Определите какой это металл. Запишите уравнения катодной и анодной реакций, если электроды угольные.

Вычислите время, необходимое для выделения 55 г железа из раствора FeCl3 на угольных электродах, если электролиз проводился током в 10 А, катодный выход по току 80 \%. Запишите уравнения реакций на электродах.

Раствор NiCl2, содержащий 129,7 г соли, подвергался электролизу током в 5 А в течение 5.36 ч. Какие реакции протекают при этом на платиновых электродах? Сколько хлорида никеля осталось в растворе и какой объем хлора выделился (катодный выход по току 80 \%, анодный – 100 \%)?

При электролизе раствора CuSO4 с медными электродами масса катода увеличилась на 5 г. Какое количество электричества было пропущено? Запишите уравнения катодной и анодной реакций.

Определите массу серебра, которая выделится на катоде и растворится с анода при электролизе раствора AgNO3 с серебряными электродами в течение 2 ч при силе тока 5 А. Катодный выход по току 100 \%, анодный выход по току 80 \%. Запишите реакции на катоде и аноде. Электроды серебряные.

При электролизе раствора KNO3, пропускался ток силой 1 А в течение 30 мин. Сколько и какого вещества образовалось возле анода и катода? Запишите электрохимическую схему и реакции на катоде и аноде. Электроды - Pt.

При электролизе раствора CuCl2 выделилось 1.12 л Cl2 (н.у.). Сколько меди при этом выделилось на катоде? Катодный и анодный выход по току 100 \%. В течение какого времени проводился электролиз, если сила тока равнялась 0,2 А? Запишите реакции на катоде и аноде. Катод изготовлен из меди, анод из графита.

Через электролизер, электродами которого является цинк, в течение двух часов пропускался ток силой 0,8 ампера. Какое количество цинка при этом выделится на катоде и растворится с анода при электролизе раствора Zn(NO3)2? Катодный выход по току 60 \%, анодный выход по току 100 \%. Запишите реакции на катоде и аноде.

Водный раствор CaCl2 (электроды Pt) подвергался электролизу в течение 15 мин. при силе тока 6 ампер. Подсчитайте какие количества веществ выделились при этом из раствора, если катодный и анодный выход тока равен 100 \%. Запишите реакции на катоде и аноде.

Через раствор Pb(NO3)2 в течение 40 мин пропускался ток силой 0,5 А. Сколько свинца выделилось на катоде? Запишите реакции на катоде и аноде. Электроды изготовлены из свинца.

 

Раздел 2. Диффузионная кинетика

 

Задание 1

 

Электроосаждение металла со степенью окисления n ведут на вращающемся дисковом электроде. Концентрация ионов металла в растворе с0, коэффициент их диффузии D и степень окисления ионов металла n приведены в таблице 5,1. Вязкость раствора равна 1.4´10-2  см2/с. Вычислите предельный диффузионный ток этой реакции.

 

Задание 2

 

Для реакции Ox + ne- = Red рассчитайте потенциал полуволны, считая что концентрация восстановителя в растворе равна нулю. Все необходимые для вычислений данные приведены в табл. 5.1.

 

Задание 3

 

Используя величины с0, D и n из таблицы 5,1, вычислите за какое время при нестационарной диффузии можно достичь предельного тока такой же величины, какая была получена на вращающемся дисковом электроде.

 

Таблица 5.1

 

Концентрация ионов в растворе сМ.0, коэффициент диффузии D, степень окисления металла n, скорость вращения электрода r,

потенциал электрода под током Е и плотность тока j,

соответствующая этому потенциалу

 

Задание 1, 3

Задание 2

c0,

моль/л

D, см2/с

n

r, об/c

Е, В

n

j, А/см2

jd , А/см2

1

0,01

2·10-5

2

0,5

-0,7

2

-0,01

-0,04

2

0,3

1,5·10-5

1

1

-0,6

1

-0,1

-0,15

3

0,04

2,5·10-5

3

1,3

0,1

3

-0,1

-0,5

4

0,2

1·10-5

2

0,5

-0,5

2

-0,04

-0,1

5

0,15

2·10-5

3

1,5

0.0

3

-0,2

-1,0

6

0,03

1,2·10-5

1

0,3

-0,4

1

-0,001

-0,01

7

0,5

3·10-5

2

0,6

-0,2

2

-0,3

-1,1

8

0,06

0,8·10-5

3

1,1

0,2

3

-0,05

-0,2

9

0,22

4·10-5

1

0,7

-0,1

1

-0,4

-1,9

10

0.11

1.7·10-5

2

0,12

-0,3

2

-0,005

-0,08

11

0,02

0,6·10-5

2

2,0

0,3

2

-0,06

-0,5

12

0,1

0,5·10-5

1

3,0

-0,4

1

-0,15

-0,8

13

0,23

1,2·10-5

1

1,4

0,1

3

-0,007

-0,06

14

0,05

0,9·10-5

3

0,4

-0,3

2

-0,25

-1,2

15

0,12

1,1·10-5

2

2,5

0,2

1

-0,02

-0,4

16

0,06

2·10-5

1

4,0

-0,5

2

-0,07

-0,8

17

0,24

4·10-5

2

3,5

0,0

3

-0,004

-0,03

18

0,045

2,5·10-5

3

0,5

-0,1

1

-0,15

-1,4

19

0,15

0,8·10-5

2

1,5

-0,6

2

-0,05

-0,6

20

0,08

1,5·10-5

1

0,8

-0,2

1

-0,08

-0,9

 

 

Раздел 3. Теория замедленного разряда

 

Задание 1. Поляризационная кривая и ее анализ  при заторможенном переносе электрона и замедленной диффузии

 

Задана зависимость плотности тока j от потенциала электрода Е (в табл. 5.2, рядом с номером варианта указано количество электронов для реакции). Постройте график поляризационной кривой в координатах j, Е  и график в координатах . Определите значение равновесного потенциала, предельного диффузионного тока, тока обмена и коэффициента переноса электрона.

 

Примечание. При построении графика в координатах ln f(j), h целесообразно ограничиться областью потенциалов и токов, соответствующей j/jd < 0.98. В противном случае из-за малости знаменателя 1- j/jd ошибка в вычислении логарифма может быть довольно значительной.

 

Таблица 5.2

 

Вар. 1, n = 2

Вар. 2, n = 1

Вар.3, n = 1

Вар. 4, n =2

Е, В

j, мкА/см2

Е, В

j, мкА/см2

Е, В

j,

мкА/см2

Е, В

j,

мкА/см2

-0,10

0

-0,20

0

0,20

0

0,1

0

-0,15

-0,032

-0,25

-3,03

0,150

-1,85

0,05

-0,00058

-0,20

-0,103

-0,30

-4,87

0,10

-3,46

0

-0,0033

-0,25

-0,328

-0,35

-6,74

0,05

-6,17

-0,05

-0,019

-0,30

-1,02

-0,40

-8,18

0

-10,33

-0,10

-0,110

-0,35

-2,95

-0,45

-9,07

-0,05

-15,06

-0,15

-0,629

-0,40

-7,15

-0,50

-9,55

-0,10

-20,0

-0,20

-3,30

Продолжение табл. 5.2

Вар. 1, n = 2

Вар. 2, n = 1

Вар.3, n = 1

Вар. 4, n =2

Е, В

j, мкА/см2

Е, В

j, мкА/см2

Е, В

j,

мкА/см2

Е, В

j,

мкА/см2

-0,45

-12.8

-0,55

-9,79

-0,15

-23,9

-0,25

-12,4

-0,50

-17

-0,60

-9,90

-0,20

-26,6

-0,30

-24,14