Д Окислительно-восстановительные процессы. Электролиз. Коррозия

Вопросы к экзамену

1.Окислительно-восстановительные реакции (ОВР): классификация.

2.Степень окисления. Способы уравнивания ОВР.

3.Окисление, восстановление. Окислители и восстановители.

4. Электрохимия. Электропроводность растворов электролитов.

5. Электродные процессы. Возникновение потенциала на границе металл-раствор. Электродные потенциалы. Стандартный водородный электрод. Уравнение Нернста.

6. Химические гальванические элементы. Электродвижущая сила окислительно-восстановительных процессов (ЭДС).

7. Электролиз. Коррозия металлов.

Пример. Закончить уравнение реакции: НNO₂=...

Рекомендации при работе с алгоритмом 1

а) рассмотрим все возможные значения степени окисления азота и отметим степень окисления в исходном состоянии;

б) азоту соответствует промежуточная степень окисления, в данном случае он проявляет свойства окислителя и восстановителя, причем продукты окисления могут иметь значения степени окисления +4 и +5 (азотная кислота или диоксид азота), следовательно, в зависимости от условий будут получаться оба продукта;

в) восстановление соединений азота идет преимущественно с образованием оксида азота II (в присутствии кислорода он окисляется до диоксида азота).

Таким образом, в определенных условиях могут образоваться продукты указанные ниже, схемы 5.0 и 5.1.


Схема 5.0	Схема 5.1

Как следует из схемы 5.0, в реакцию вступают три молекулы азотистой кислоты. С учетом молекул воды составляем окончательное уравнение реакции:

3НNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O

Исходя из схемы 5.1 в реакцию вступает две молекулы азотистой кислоты. С учетом молекул воды составляем окончательное уравнение реакции:

2НNO₂ = NO + NO₂ + H₂O

Ход процесса по схемам 5.0 и 5.1 определяют условия реакции.

Электролиз

Инерный анод уменьшение восстановительной активности анионов:

I^-, Br^-,S^2-,Cl^-,OH^-

Анионы солей кислородсодеожащих кислот не окисляются на аноде, а идет окисление воды с выднлением кислорода: 2Н2О – 4е^- = О2 + 4Н⁺

План предстоящих действий

1. Уравнение диссоциации соли в растворе или расплаве.

2. Движение катионов к катоду, анионов — к аноду.

3. Сущность электролиза — разрядка ионов, катионов за счет присоединения (восстановление), а анионов — за счет отдачи электронов (окисление).

4. Какие ионы разряжаются в первую очередь (таблицы, справочный материал — ряд напряжения металлов, которыми надо воспользоваться и проверять свои действия):

1. Для установления возможности протекания реакции:

Е°окислитель(т.е от более положительного значения) - Е°восст-ль = ЭДС

2. при электролизе:

Е°катиона (на катоде процесс восстановления) - Е°аниона (анод, окисление) = ЭДС

3.Уравнение Нернста:

Потенциал электрода E связан с активностью и концентрацией веществ, участвующих в электродном процессе, уравнением Нернста: (1)

где E⁰ - стандартный потенциал редокс-системы;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,312 Дж/(моль К);

T - абсолютная температура, К;

F - постоянная Фарадея, равная 96485 Кл/моль;

n - число электронов, принимающих участие в электродной реакции;

aox, ared - активности соответственно окисленной и восстановленной форм редокс-системы;

[ox], [red] - их молярные концентрации;

Гox, Гred - коэффициенты активности.

E= E⁰ 0 при aox = ared = 1, причем имеется в виду гипотетический стандартный 1 М раствор, в

Коррозия

При электрохимической коррозии возникает микрогальванический элемент, если в металле присутствуют примеси др. металла

При катодной поляризации в определенном интервале потенциалов будут происходить одновременно два процесса восстановление кислорода и окис

ление металла.

Ионизация кислорода:

в нейтральных и щелочных растворах O2 + 4e + 2 H2O = 4OH- (водн)

в кислых растворах O₂ + 4e + 4 H+(водн) = 2Н2O

Пример 1

К корпусу корабля прикреплен кусок магния с целью защиты от коррозии, почему? Аналогично анодным покрытиям металлов (с большим отр. значением электродного потенциала, в отличие от катодных покрытий электродный потенциал имеет больее положительное значение).

Составим схему гальванического элемента:

Анод Mg/Mg²⁺ Катод(Fe)O₂,H₂O/OH^-

ЭДС = 0,82 – (-2,34)= 3.16

Происходит окисление магния

Пример 2

Будет ли медь подвергаться коррозии при рН =0 и рН = 7?

Кислородная деполяризация	Водородная деполяризация
рН = 7 E⁰ = 0,82 (О₂+ 2Н₂О+ 4 е = ОН^- E⁰ = 0,34 (Cu⁺²/Cu) ЭДС = 0,82- (0,34) Да	рН = 7 E⁰ = -0,41 – (0,34) Нет
рН = 0 E⁰ = 1,23 (О₂+ 4Н⁺ + 4е = 2 Н₂О) ЭДС = 1,23- (0,34) Да	рН = 0 E⁰ = 2Н⁺/Н₂= 0 E⁰ = 0,34 (Cu⁺²/Cu) Нет

Пример 3

Установить возможность реакции:

H₃AsO₄ + HI --- HAsO₂ + I₂ +2H₂O

E⁰ (H₃AsO₄ + 2H⁺+ 2e = --- HAsO₂+ 2H₂O) = 0,56

E⁰ I₂/I^- = 0,54

ЭДС = 0,56 – 0,54 = 0,02

Вариант 1

№ 1 Установить возможность реакции: Zn + H₂SO₄® ZnSO₄ + H₂S+ H₂O

№ 2 Какой объем газа выделиться на катоде, если через раствор карбоната лития пропустить ток 4 А в течение 45 мин.

№ 3 Рассмотрите пример с анодным покрытием для Pb. Что происходит при кислородной деполяризации при рН = 0?

Вариант 2

№ 1 Установить возможность реакции: 2KI + Fe₂(SO₄)₃® I₂ + 2FeSO₄+ K₂SO₄

№ 2 (13Д) Составьте схему электролиза раствора иодида платины, вычислить молярную концентрацию эквивалента соли, если через 2,5 л раствора пропущен ток 2 А в течение 65 мин.

№ 3 Составьте схему Fe/Ni гальванического элемента и рассчитайте ЭДС, если концентрация окислителя равна 10^-2, а восстановителя 10^-1.

Вариант 3№ 1 Установить возможность реакции: 9H₂S + 2KMnO₄ = 5S + KHS + 2MnS + 8 H₂O

№ 2 (11Д) Составьте схему электролиза раствора карбоната платины, вычислить молярную концентрацию эквивалента соли, если через 2,0 л раствора пропущен ток 2 А в течение 70 мин.

№ 3 Осуществляется ли коррозия серебра при водородной деполяризации при а) рН =7 б) рН =0

Вариант 4

№ 1 Установить возможность реакции: 2MnO₄^- + 5NO₂^- + 6H⁺= 2Mn²⁺ 5NO₃^-+3 H₂O

№ 2 (7а) Определить молярную. концентрацию эквивалента раствора сульфата серебра, если для выделения всего серебра из 100 мл этого раствора потребуется пропустить ток силой 1 А в течение 70 мин.

№ 3 Осуществляется ли коррозия марганца при водородной деполяризации. Взаимодействует ли марганец с водой в присутствии кислорода при рН = 0?

Вариант 5

№ 1 Установить возможность реакции: 2HIO₃ + 5SO₂ + 4 H₂O= I₂+5 H₂SO₄

№ 2 (4а) Определить молярную концентрацию эквивалента раствора нитрата серебра, если для выделения всего серебра из 150 мл этого раствора потребуется пропустить ток силой 2 А в течение 35 мин.

№ 3 Осуществляется ли коррозия кальция при водородной деполяризации при рН =0. Взаимодействует ли кальций с водой в присутствии кислорода при рН = 0?

Вариант 6

№ 1 Установить возможность реакции: Cl₂ + H₂SO₃ = HCl+ H₂SO₄

№ 2 (10a) Определить молярную концентрацию эквивалента раствора сульфата марганца, если через 100 мл этого раствора потребуется пропустить ток силой 3 А в течение 70 мин.

№ 3 Осуществляется ли коррозия алюминия при водородной деполяризации при рН =0. Взаимодействует ли алюминий с водой в присутствии кислорода при рН = 0?

Вариант 7

№ 1 Установить возможность реакции: KClO₃ + 2MnO₂ = KCl+ 2KMnO₄

№ 2 (1a) Определить молярную концентрацию эквивалента раствора нитрата, если для выделения всего серебра из 100 мл раствора потребуется пропустить ток силой 1 А в течение 30 мин.

№ 3 Осуществляется ли коррозия серебра при водородной деполяризации при рН =0, рассчитать ЭДС. Рассчитать ЭДС, когда серебро взаимодействует с водой в присутствии кислорода при рН =0. Составить схему микрогальванического элемента для этих процессов.

Вариант 8

№ 1 Установить возможность реакции: ClO₂ +KI® KCl+ I₂

№ 2 (3Д) Напишите схемы реакций, протекающих на катоде и аноде при электролизе раствора фосфата магния. Рассчитайте оббьем, выделившегося газа на аноде, если через пропущен ток силой 2 А в течение 80 мин.

№ 3 Составить схему микрогальванического элемента, возникающего при коррозии серебра при кислородной деполяризации (рН=0).

Вариант 9

№ 1 Установить возможность реакции: HCl + 6HNO₃ = HClO₃+6NO₂+ 3H₂O

№ 2 (9Д) Напишите схемe электролиза раствора сульфата цинка, если через раствор пропущен ток силй 2 А в течение 80 мин.Сколько вещества образовалось на катоде и какой оббьем газа получен на аноде?

№ 3 Идет ли реакция, рассчитайте ЭДС: а) Pb + 2H⁺ ® Pb⁺² + H₂

Вариант 10

№ 1 Установить возможность реакции: ClO₂ +KI® KCl+ I₂

Вариант 11

№ 1 Установить возможность реакции: 8HCl + 2 KMnO₄®2MnO₂ + 3Cl₂ +4H₂O + 2KCl

№ 2 (2E) Через раствор нитрата меди пропущен пропущен ток силй 2 А в течение 60 мин.при этом на аноде образовалось 350 мл газообразного водорода при 25° С и 101,4 кПа. Сколько меди образовалось на аноде?

№ 3 Идет ли реакция, рассчитайте ЭДС: а) Hg + HNO₃ =…….

Вариант 12

№ 1 Установить возможность реакции: I₂ +2NaCl®2NaI + Cl₂

№ 3 Идет ли реакция, рассчитайте

Вариант 13

№ 1 Установить возможность реакции: Cl₂ + H₂SO₃ = HCl+ H₂SO₄

№ 2 Напишите схемы реакций, протекающих на катоде и аноде при электролизе раствора фосфата магния. Рассчитайте оббьем, выделившегося газа на аноде, если через пропущен ток силой 2 А в течение 80 мин.

№ 3 Рассмотрите пример с анодным покрытием для Pb. Что происходит при кислородной деполяризации при рН = 0?

Вариант 14

№ 1 Установить возможность реакции: 2HIO₃ + 5SO₂ + 4 H₂O= I₂+5 H₂SO₄

№ 2 Рассмотрите пример с анодным покрытием для Pb. Что происходит при кислородной деполяризации при рН = 0?

№ 3 Определить молярную концентрацию эквивалента раствора нитрата серебра, если для выделения всего серебра из 150 мл этого раствора потребуется пропустить ток силой 2 А в течение 35 мин.

Содержание разделов дисциплины (по лекциям)

	Главная \| Случайная страница \| Контакты \| Мы поможем в написании вашей работы!