Главная | Обратная связь

Рассчитываем равновесие между соседними фазами олова

 

6) Рассчитаем равновесие между гидроксидом Sn(OH)₂ и ионами [Sn(OH)]⁺ по химической реакции:

[Sn(OH)]⁺ + H₂O ↔ Sn(OH)₂ + H ⁺

ΔG ⁰ = G ⁰ _{Sn (OH)2} - G ⁰ _{[Sn (OH)]} ⁺ - G ⁰_H2O = -464 +252 +237 = 25 кДж/моль

lg(k_p ) = lg(a _H⁺ / a _{[Sn (OH)]} ⁺) = -ΔG ⁰/2,3 RT = -25000/2,3 ∙8,314 ∙298 = -1,93

lg a _{[Sn (OH)]} ⁺ = 4,39 - pH

Если a _{[Sn (OH)]} ⁺ = 1, (lg(a _{[Sn (OH)]} ⁺) = 0), то pH = 4,39

 

7) Рассчитаем равновесие между [Sn(OH)]⁺ и [Sn(OH)₃ ]^- по химической реакции:

[Sn(OH)] ⁺ + 2H₂O ↔ [Sn(OH)₃ ] ^- + 2H ⁺

ΔG ⁰ = G ⁰ _{[Sn (OH)3]} ^- - G ⁰ _{[Sn (OH)]} ⁺ - 2G ⁰_H2O = -646 + 252 + 2 ∙ 237= 80 кДж/моль

lg(K_p ) = lg( a _{[Sn (OH)3]} ^- ∙a ²_H⁺ / a _{[Sn (OH)]} ⁺ ) = -ΔG ⁰/2,3 RT = -80000/2,3 ∙ 8,314 ∙298 = -14,04

lg a _{[Sn (OH)3]} ^- / a _{[Sn (OH)]} ⁺ ) = 14,04 - 2pH

lg(a _{[Sn (OH)3]} ^- / a _{[Sn (OH)]} ⁺ ) = 0

pH = 7,02

 

8) Рассчитаем равновесие между твердой фазой Sn_мет и ионами [Sn(OH)] ⁺ по химической реакции:

Sn_мет + H₂O ↔ [Sn(OH)] ⁺ + H ⁺ +2e

ΔG ⁰ = G ⁰ _{[Sn (OH)]}⁺ - G ⁰_H2O = -252 + 237 = 15 кДж/моль

ε⁰ = ΔG ^O/ nF = 15000/2 ∙96500 =0.07 В

ε = ε⁰ + (0.059/2) ∙ lg (a _{[Sn (OH)]}⁺ ∙a _H⁺ ) = 0,07 - 0,0885∙ рН + 0,0295 lg (a _{[Sn (OH)]}⁺)

Если a _{[Sn (OH)]}⁺ = 1, (lg (a _{[Sn (OH)]}⁺) = 0);

ε_r^pH=0 =0,07 В

ε_r^pH=14= 0,07 – 0,0885∙14 = -1.169 В

9) Рассчитаем равновесие между твердой фазой Sn_мет и ионами [Sn(OH)₃]^- по химической реакции

Sn_мет + 3H₂O ↔ [Sn(OH)₃ ]^- + 3H⁺ +2e

ΔG ⁰ = G ⁰ _{[Sn (OH)3]} ^– 3 G ⁰_H2O = -646 +3 ∙ 237 = 65 кДж/моль

ε⁰ = ΔG ^O/ nF = 65000/2 ∙ 96500 = 0.337 В

ε = ε⁰ + (0.059/2) ∙lg (a _{[Sn (OH)]}⁺ ∙a³ _H⁺ ) = 0.337 - 0,0885∙рН + 0,0295 lg (a _{[Sn (OH)]}⁺)

Если a _{[Sn (OH)]}⁺ = 1, (lg (a _{[Sn (OH)]}⁺) = 0)

ε_r^pH=0 = 0,337 В

ε_r^pH=14= 0,337 – 0,0885∙14 = -0.902 В

Запишем значения рН с учетом возрастания

Sn(OH)₂ | Sn(OH)]⁺ | [Sn(OН₃)]^-

3,25 4,39 7,02

Диаграмма Пурбе для системы олово-вода

 

Заключение

На сводной диаграмме системы границы полей устойчивости конкретных фаз определяются точками пересечения равных изолиний (то есть линий, отвечающих одинаковым значениям активностей ионов). Так, при активности всех присутствующих ионов, равных единице (а_i = 1), в левой части диаграммы при рН < 3,25 и ε > -0,14 В находится область устойчивого состояния катионов олова Sn²⁺ в растворе. В правой части диаграммы при рН > 7,02 и ε > -0,402 В, при рН > 14 и ε > -0,902 В находится область стабильности анионов [Sn(OH)₃]^-. Между этими областями расположены области стабильного существования гидроксида олова Sn(OH)₂ и катиона [SnOH]⁺. Металлический олово нестабилен в контакте с водными растворами, поэтому он будет переходить в зависимости от рН среды в ионы Sn²⁺, Sn(OH)₂, [SnOH]⁺, [Sn(OH)₃]^-.

Из приведенной диаграммы видно, что линии, параллельные оси абсцисс (горизонтальные), соответствуют равновесию реакций, в которых не участвуют ионы Н⁺ и ОН^-. Линии, параллельные оси ординат (вертикальные), изображают равновесие реакций, в которых не происходит передача электронов. В тех же случаях, когда протекают окислительно-восстановительные процессы с участием ионов Н⁺ и ОН^-, линии на диаграмме имеют определенные углы наклона. В совокупности эти линии определяют границы существования конкретных фаз.

Список литературы

1. Жучков И.А. Основы теории электрометаллургических процессов: учеб. пособие / И.А. Жучков. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. – 107 стр.

2. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия: Учеб. для хим.-технолог. спец. вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1984. – 519 с.

3. Краткий справочник физико-химических величин. 11-е издание, испр. и дополн. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой – М. ООО «ТИД «Аз-book», 2009. – 240 с.