1. Подберите коэффициенты в следующих реакциях ионно-электронным методом. Укажите окислитель и восстановитель

а) Os + KNO₃ + KOH → K₂OsO₄ + KNO₂ + H₂O

б) KMnO₄ + NO₂ + H₂O → MnO₂ + KNO₃ + HNO₃

Os + KNO₃ + KOH → K₂OsO₄ + KNO₂ + H₂O

0 +5 +6 +3

Os + KNO₃ + KOH = K₂OsO₄ + KNO₂ + H₂O

Os - 6e^- = Os ⁺⁶

N⁺⁵ + 2e^- = N⁺⁶

Os - 6e^- + 8OH^- = OsO₄^2- + 4H₂O |*1 осмий восстановитель, окисляется

NO₃^- +2e^- + H₂O = NO₂^- + 2OH^- |*3 нитрат калия окислитель, восстанавливается

Os + 8OH^- + 3NO₃^- + 3H₂O = OsO₄^2- + 4H₂O + 3NO₂^- + 6OH^-

Os + 2OH^- + 3NO₃^- = OsO₄^2- + H₂O + 3NO₂^- 

Os + 2KOH + 3KNO₃ = K₂OsO₄ + H₂O + 3KNO₂
KMnO₄ + NO₂ + H₂O → MnO₂ + KNO₃ + HNO₃

MnO₄^- + 2H₂O + 3e- → MnO₂ + 4OH^- *1 перманганат калия окислитель, восстанавливается

NO₂ + H₂O – e^- = NO₃^- + 2H⁺ *3 оксид азота (IV) восстановитель, окисляется

MnO₄^- + 2H₂O + 3NO₂ + 3H₂O = MnO₂ + 4OH^- + 3NO₃^- + 6H⁺

MnO₄^- + H₂O + 3NO₂ = MnO₂ + 3NO₃^- + 2H⁺

KMnO₄ + H₂O + 3NO₂ = MnO₂ + KNO₃ + 2HNO₃
2. Запишите уравнения электродных реакций и суммарное уравнение электролиза водного раствора заданной соли Mg(NO₃)₂, вычислите теоретический потенциал разложения этой соли при проведении электролиза

а) на инертных электродах;

б) при использовании никелевого анода.
Электролиз нитрата магния на угольных (инертных) электродах:

Рассмотрим возможные процессы, протекающие на катоде:

Восстановление металла:

(-) Катод: Mg²⁺ + 2e^- → Mg E^o = -2.363 В

Восстановление воды

(-) Катод: 2H₂O + 2e^- → H₂↑ + 2OH^- E^o = -0.828 В

Потенциал восстановления воды значительно больше потенциала восстановления металла, поэтому восстановлению будет подвергаться исключительно, вода и катодный процесс будет иметь вид:

(-) Катод: 2H₂O + 2e^- → H₂↑ + 2OH^-

У катода будет щелочная среда
Рассмотрим возможные процессы, протекающие на аноде:

Окисление нитрат ионов не будет протекать

---

Анодный процесс будет иметь вид:

(+) Анод: 2H₂O - 4e^- → O₂ + 4H⁺ E^o = +1.228 В

На аноде будет выделяться кислород

Суммарное уравнение реакции представляет собой электролиз воды:

2H₂O = 2H₂ + O₂
При использовании никелевого анода - катодный процесс тот же, на аноде идет процесс растворения никеля:

(+) Анод: Ni - 2e^- → Ni²⁺ E^o = -0.250 В

Суммарное уранвение:

Ni + 2H₂O = Ni(OH)₂↓ + H₂↑
Чтобы электролиз шел непрерывно, необходимо к электродам приложить разность потенциалов, превышающую ЭДС поляризации. Теоретический потенциал разложения электролита равен ЭДС поляризации. Он вычисляется по разности электродных потенциалов анода и катода, т. е.

Еразл = ϕа – ϕк.

В данном случае на катоде выделяется водород, на аноде – кислород.

Теоретический потенциал разложения Еразл = 1,228 – (-0.828) = 2,056 В
б) при использовании никелевого анода.

В данном случае на катоде выделяется водород, на аноде – растворяется никель.

Теоретический потенциал разложения Еразл = -0,25 – (–0,828) = 0,578 В
3. Составьте уравнение реакции, используя справочные данные стандартных электродных потенциалов:

а)  φ^o (Cr³⁺ / Cr²⁺) = - 0,41 в

б) φ^o (S + 2 H⁺ / H₂S) = 0,14 в
Кислородом воздуха, особенно в кислой среде, Cr²⁺ окисляется, в результате чего голубой раствор быстро зеленеет.

CrCl₂ + O₂ + HCl = CrCl₃ + H₂O

Cr²⁺ - e^- = Cr³⁺ Е = -0,41 В хром восстановитель, окисляется

O₂ + 4H⁺ + 4e^- =2Н₂О Е = 1,229 В кислород окислитель, восстанавливается

4CrCl₂ + O₂ + 4HCl = 4CrCl₃ + 2H₂O

+7 -2 +2 0

KMnO₄ + H₂S + H₂SO₄ → MnSO₄ + S + K₂SO₄ + H₂O

Mn⁺⁷ +5e = Mn⁺²

S^2- - 2e = S⁰

2*| MnO₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn²⁺ + 4H₂O перманганат калия окислитель, восстанавливается
5*| H₂S - 2e^- = S + 2H⁺ сероводород восстановитель, окисляется
2MnO₄^- + 16H⁺ + 5H₂S = 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5S + 10H⁺

2MnO₄^- + 6H⁺ + 5H₂S = 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5S

2KMnO₄ + 5H₂S + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5S + K₂SO₄ + 8H₂O
Стандартные потенциалы полуреакций согласно справочным данным:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn²⁺ + 4H₂O E^o = +1.507 В

H₂S - 2e^- = S + 2H⁺ E^o = +0.14 В
4. Какой металл будет подвергаться коррозии

---

, если заданная пара металлов Mg / Sn

попадёт в кислую среду? Составьте схему образующегося при этом гальванического элемента. Запишите уравнения электродных процессов и общее уравнение коррозии.

Пара металлов находится в кислой среде. Раствор кислоты – электролит, то есть электропроводящая среда, следовательно, будет протекать электрохимическая коррозия.

Потенциалы металлов составляющих гальваническую пару:

Mg - 2e^- → Mg²⁺ E^o = -2.363 В

Sn - 2e^- → Sn²⁺ E^o = -0.136 В

Составим схему коррозионного гальванического элемента:

(-) Mg │ H₂O, H⁺ │ Sn (+)

В данном случае среда кислая, поэтому окислителем (деполяризатором) является ион водорода (H⁺). Следовательно, в этой схеме будет протекать электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией.

Магний имеет меньший (-2,363 B) потенциал, чем олово (-0,136 B), поэтому в гальваническом элементе олово будет катодом (окислителем), магний – анодом (восстановителем).

Электроны двигаются от магния к олову.

Запишем электронные уравнения процессов коррозии, протекающих на электродах, и составим суммарное уравнение процессов коррозии.

Анодный процесс – окисление металла

(-) Анод: Mg - 2e^- → Mg²⁺

Катодный процесс – восстановление водорода

(+) (K) 2H⁺ + 2e^- = H₂↑

Суммарное уравнение процесса:

Mg⁰ + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑

Составим молекулярное уравнение процесса коррозии окислительно-восстановительной реакции, протекающей при коррозии:

Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂↑

Вывод: коррозировать будет магний. Продуктом его коррозии является соль – сульфат магния. На оловянном электроде выделяется водород.
5. Какой металл является анодным по отношению к покрываемому металлу:

а) Bi покрыт Ni;


б) Bi покрыт Ag?

Составьте уравнения реакций, протекающих на электродах, и общее уравнение коррозии, протекающей во влажном воздухе при атмосферной коррозии.
а) Bi покрыт Ni;

Bi - 3e^- → Bi³⁺ E^o = +0.23 В

Ni - 2e^- → Ni²⁺ E^o = -0.250 В

Потенциал никеля меньше потенциала висмута, поэтому никель является анодным покрытием.

б) Bi покрыт Ag?

Ag - e^- → Ag⁺ E^o = +0.799 В

Bi - 3e^- → Bi³⁺ E^o = +0.23 В

Потенциал висмута меньше потенциала серебра, поэтому серебро является катодным покрытием.
Пара металлов находится во влажном воздухе

---

, который является электропроводящей средой, следовательно, будет протекать электрохимическая коррозия. При нарушении покрытия образуется гальванический элемент.

Составим схему коррозионного гальванического элемента:

Ni │ H₂O, O₂ │ Bi

Вода – это нейтральная среда, поэтому окислителем (деполяризатором) является кислород – О₂ воздуха. Следовательно, в этой схеме будет протекать электрохимическая коррозия с кислородной деполяризацией.

Никель имеет меньший (-0,25 B) потенциал, чем висмут (+0,23 B), поэтому в гальваническом элементе висмут будет катодом (окислителем), никель – анодом (восстановителем).

(-) Ni│ H₂O, O₂ │ Bi (+)

Электроны двигаются от никеля к висмуту.

Запишем электронные уравнения процессов коррозии, протекающих на электродах, и составим суммарное уравнение процессов коррозии.

Анодный процесс – окисление металла

(-) Анод: Ni - 2e^- → Ni²⁺

Катодный процесс – восстановление кислорода

(+) (K) O₂ + 2H₂O + 4e^- =4OH^-

Суммарное уравнение процесса:

2Ni⁰ + O₂ + 2H₂O = 2Ni²⁺ + 4OH^-

Составим молекулярное уравнение процесса коррозии окислительно-восстановительной реакции, протекающей при коррозии:

2Ni + O₂ + 2H₂O = 2Ni(OH)₂

Вывод: коррозировать будет никель. Продуктом его коррозии является основание – гидроксид никеля.

Составим схему коррозионного гальванического элемента:

Bi | H₂O, O₂ | Ag

Вода – это нейтральная среда, поэтому окислителем (деполяризатором) является кислород – О₂ воздуха. Следовательно, в этой схеме будет протекать электрохимическая коррозия с кислородной деполяризацией.

Висмут имеет меньший (+0,23 B) потенциал, чем серебро (+0,799 B), поэтому в гальваническом элементе серебро будет катодом (окислителем), висмут – анодом (восстановителем).

(-) Bi | H₂O, O₂ | Ag (+)

Запишем электронные уравнения процессов коррозии, протекающих на электродах, и составим суммарное уравнение процессов коррозии.

(-) (А)Bi⁰ – 3e^- = Bi³⁺

(+) (K)O₂ + 2H₂O + 4e^- =4OH^-

4Bi⁰ + 3O₂ + 2H₂O = 4Bi³⁺ + 12OH^-

Составим молекулярное уравнение процесса коррозии окислительно-восстановительной реакции, протекающей при коррозии:

4Bi + 3O₂ + 2H₂O = 4Bi(OH)₃

Вывод: коррозировать будет висмут. Продуктом его коррозии является основание – гидроксид висмута.
6. Вычислите потенциал электрода, в котором металлическая пластинка из серебра погружена в раствор собственной соли с концентрацией катионов [Ag

---

⁺] = 0,001 M.
Рассчитаем потенциал, используя уравнение Нернста:



где

E — электродный потенциал, В,

E⁰ — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;

R — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

T — абсолютная температура, K;

F — постоянная Фарадея, равная 96500 Кл·моль⁻¹;

z — число электронов, участвующих в процессе;

[Ox] – концентрация окисленной формы моль/л

[Red] – концентрация восстановленной формы моль/л
Применительно для металла, погруженного в раствор своей соли, формула упрощается до вида:



E_(Ag/Ag+) = E⁰_(Ag/Ag+) + lg[Ag⁺] = 0.8 + lg[0,001] = 0.8 + 0.059* lg[0,001] = 0,623В
Ответ: E_(Ag/Ag+) = 0,623 В
7. Определите направление потока электронов во внешней цепи гальванического элемента
Mn / MnCl₂ (0,001 н) // Pb(NO₃)₂ (0,01 M) / Pb

|_____________________________________|

Запишите уравнения электродных процессов. На каком электроде происходит растворение металла?
Дано:

[Mn²⁺] = 0.001 н = 0,001/2 = 0,0005 моль/л

[Pb²⁺] = 0.01 моль/л

Найти:

Е - ?

Решение:

Схема гальванического элемента:

А (анод) (-): Mn | Mn(NO₃)₂ || К (катод) (+): Pb(NO₃)₂ | Pb

На катоде протекает восстановление металла:

(+) Катод: Pb²⁺ + 2e^- → Pb E^o = -0.126 В

На аноде протекает растворение металла:

(-) Анод: Mn - 2e^- → Mn²⁺ E^o = -1.179 В

Токобразующая реакция:

Pb²⁺ + Mn⁰ = Pb↓ + Mn²⁺

Электроны идут по внешней цепи от марганца к свинцу, соответственно направления тока обратное: от свинца к марганцу.

Рассчитаем ЭДС гальванического элемента, используя уравнение Нернста:



где

E — электродный потенциал, В,

E⁰ — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;

R — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

---

Смотрите также файлы

• Пояснительная записка по дисциплине Проектирование таможенного склада Выполнили Студенты 4 курса Группа 007408.docx

• Лекция 22. Управленческие решения.pdf

• Психиатры Дэвид Шапиро и Ян Кук из Калифорнийского университета, а также Марла Апт, президент международной ассоциации Йоги Айенгара, проводили совместное исследование.docx

• Решение Журнал хозяйственных операций. Содержание операции Дебет Кредит.docx

• Отчет по учебной практике пм. 02. "Организационное обеспечение деятельности учреждений социальной защиты населения и органов Пенсионного фонда Российской Федерации".docx