 |
|
Примеры решения ситуационных задач
1. Записать процесс электролиза водного раствора поваренной соли (соль активного металла и бескислородной кислоты):
В растворе соли протекает процесс электролитической диссоциации
NaCl ↔ Na+ + Cl− и до помещения в раствор электродов постоянного тока, движения ионов хаотичные. После помещения электродов в раствор, движения ионов не будут хаотичными. Катионы Na+ в растворе будут двигаться к катоду, но восстанавливаться на катоде не будут, т.к. в ряду напряжений натрий находится в самом начале ряда (до алюминия), вместо него будут восстанавливаться молекулы воды. Хлорид-ионы, являясь анионами бескислородной кислоты, будут окисляться на аноде.
катод K (-): 2H2O +2e = 2OH− + H2 процесс восстановления
анод A (+): 2Cl− - 2e = Cl20 процесс окисления
Числа принятых и отданных электронов равны - электронный баланс соблюдён.
Суммируем левые и правые части уравнений катодного и анодного процессов:
2H2O + 2Cl− = H2 + 2OH− + Cl20 (краткая ионная форма уравнения электролиза)
Для получения полной ионной формы этого уравнения, в его левую и правую части вводим по два иона Na+.
2Na+ + 2H2O + 2Cl− = 2Na+ + 2OH− + H2 + Cl20
В молекулярном виде:
2NaCl + 2H2O(электролиз)H2 + Cl2 +2NaOH
2. Записать уравнения процесса электролиза водного раствора сульфата натрия (соль активного металла и кислородсодержащей кислоты):
В растворе соли протекает процесс электролитической диссоциации
Na2SO4 ↔ 2Na++SO4 2− и до помещения в раствор электродов постоянного тока, движения ионов хаотичные. После помещения электродов в раствор, движения ионов не будут хаотичными. Катионы Na+ в растворе будут двигаться к катоду, но восстанавливаться на катоде не будут, т.к. в ряду напряжений натрий находится в самом начале ряда (до алюминия), вместо него будут восстанавливаться молекулы воды. Анион SO42− кислородсодержащей серной кислоты на аноде не окисляется. Вместо него окисляются молекулы воды.
K(-): 2H2O + 2e = 2OH − + H2 процесс восстановления * 2
A(+): 2H2O — 4e = 4H+ + O2 процесс окисления
Электронный баланс не соблюдён - в уравнении процесса восстановления вводим коэффициент 2.
Суммируем левые и правые части уравнений катодного и анодного процессов:
6H2O = 4OH − + 2H2 + 4H+ + O2
6H2O = 4Н2O + 2H2 + O2
В молекулярном виде, после преобразования:
2H2O (электролиз) 2H2 + O2
Аналогично для раствора щелочи:
NaOH ↔ Na+ + OH−
K(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH− процесс восстановления *2
A(+): 2H2O - 4e = O2 + 4Н+ процесс окисления
2H2O (электролиз) 2H2 + O2
3. Записать уравнения электролиза водного раствора хлорида цинка (соль менее активного металла, стоящего в ряду напряжений после алюминия и до водорода, и бескислородной кислоты)
ZnCl2 ↔ Zn2+ + 2Cl−
На катоде протекает два параллельных процесса:
K(-): Zn2+ + 2e = Zn0 процесс восстановления
2H2O + 2e = H2 + 2OH−
A(+): 2Cl− — 2e = Cl20 процесс окисления * 2
Суммарно краткая ионная форма уравнения:
Zn2+ + 2H2O + 4Cl− = Zn0 + H2 + 2OH− + 2Cl20
Полная ионная форма уравнения:
Zn2+ + Zn2+ + 2H2O + 4Cl− = Zn0 + Zn2+ + H2 + 2OH− + 2Cl20
В молекулярном виде уравнение принимает вид:
2ZnCl2 + 2H2O = Zn0 + Zn(OH)2 + H2 + 2Cl2
Однако, как правило, неизвестно какое количество электричества расходуется на каждую из двух параллельных реакций процесса восстановления, поэтому молекулярную форму уравнения электролиза не записывают, а восстановлением воды на катоде пренебрегают. Уравнение принимает вид:
ZnCl2 (электролиз) Zn + Cl2
4. Записать уравнения электролиза водного раствора сульфата цинка (соль менее активного металла, стоящего в ряду напряжений после алюминия и до водорода, и кислородсодержащей кислоты)
ZnSO4 ↔ Zn2+ + SO4 2−
K(-): Zn2+ + 2e = Zn0 процесс восстановления * 2
(восстановлением воды на катоде пренебрегают)
A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4Н+ процесс окисления
Электронный баланс не соблюдён - в уравнении процесса восстановления вводим коэффициент 2.
Суммируем левые и правые части уравнений катодного и анодного процессов:
2Zn2+ + SO42- + 2H2O (электролиз) 2Zn0 + 4H + + 2SO42- + O2
В молекулярном виде:
2ZnSO4 + 2H2O (электролиз) 2Zn + 2H2SO4 + O2
5. Массовая доля хлорида натрия в физиологическом растворе равна 0,009 (0,9 %). Определить массы веществ, выделившихся на инертных электродах при электролизе 40 мл этого раствора (плотность раствора принять 1 г/мл)? Какова массовая доля гидроксида натрия в полученном растворе?
Решение:
NaCl ↔ Na+ + Cl−
катод K (-): 2H2O +2e = 2OH− + H2 процесс восстановления
анод A (+): 2Cl− - 2e = Cl20 процесс окисления
2H2O + 2Cl− = H2 + 2OH− + Cl20 (краткая ионная форма уравнения электролиза)
2Na+ + 2H2O + 2Cl− = 2Na+ + 2OH− + H2 + Cl20 (полная ионная форма уравнения)
В молекулярном виде уравнение электролиза для расчёта:
2NaCl + 2H2O(электролиз)H2 + Cl2 +2NaOH
На катоде выделяется водород, на аноде - хлор.
m раствора = ρ * Vраствора = 40 * 1 =40 (г)
m NaCl = ω * m раствора = 0,009 * 40 = 0,36 (г)
ν NaCl = m NaCl / М = 0,36 / 58,5 = 0,006 (моль)
ν H2 = ν Cl2 = 1/2 ν NaCl (по уравнению электролиза)
ν H2 = ν Cl2 = 1/2 ν NaCl = 0,006 / 2 = 0,003 (моль)
m Cl2 = ν Cl2 * М Cl2 = 0,003(моль) * 71 (г/моль) = 0,213 (г)
m Н2 = ν Н2 * М Н2 = 0,003(моль) * 2 (г/моль) = 0,006 (г) удаляются из раствора.
По уравнению реакции ν NaCl = ν NaОН = 0,006 (моль)
m NaОН = ν NaОН * М NaОН = 0,006(моль) * 40 (г/моль) = 0,24 (г)
m1 раствора = m раствора - m Cl2 - m Н2 = 40 - 0,213 - 0,006 = 39,781 (г)
ω NaОН = m NaОН / m1 раствора = 0,24 / 39,781 = 0,006 (0,6 %).
6.Для получения 54 г серебра электролизом водного раствора нитрата серебра (выход по току 100%) необходимо, чтобы в растворе содержалось ____ граммов чистой соли.
Решение:
AgNO3 ↔ Ag + + NO3-
K(-): Ag + + e → Ag пр. восстановления *4
A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4Н+ процесс окисления
4Ag + + 2H2O → 4Ag + 4H + + O2 (краткая ионная форма уравнения электролиза)
4Ag ++ 2H2O + 4NO3- → 4Ag + 4H + + O2 + 4NO3- (полная ионная форма уравнения)
В молекулярном виде уравнение электролиза для расчёта:
4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + O2
ʋ(Ag) = m/M = 54 /108 = 0,5 (моль)
ʋ(Ag) = ʋ(AgNO3) = 0,5( моль)
m (AgNO3) = ʋ(AgNO3) * М = 0,5 * 170 = 85 (г)
Основные положения темы"Основные типы химических равновесий и процессов в функционировании живых систем. Электрохимические процессы в водных системах"
• Проводники первого и второго рода;
• явления, связанные с перемещением ионов;
• закон Кольрауша;
• Электрометрические методы анализа;
• Электродные потенциалы;
• Уравнения Нернста-Петерса;
• Гальванические элементы;
• Диффузионный и мембранный потенциалы;
• Потенциометрия; Потенциометрический метод определения рН растворов;
• Электрохимические процессы в биологических системах;
• Механизм возникновения электродного и редокс-потенциалов;
• Прогнозирование направления редокс-процессов по величинам редокс-потенциалов;
• Константа окислительно-восстановительного процесса;
• Общие представления о механизме действия редокс-буферных систем;
• Токсическое действие окислителей;
• Применение окислительно-восстановительных реакций для детоксикации.