1.Гальванический элемент составлен из магниевой и серебряной пластин, погруженных в раствор своей соли с концентрациями: [Mg2+]=0.1M; [Ag+]=1M. Составьте схему этого гальванического элемента. Напишите уравнения электродных процессов и суммарное уравнение реакции. Вычислите ЭДС и ∆G°298 реакции: а) в стандартных условиях; б) в указанных условиях. Сделайте вывод.
2.Два металла, Zn и Pb , соединённые между собой, находятся в разных средах: а) в кислой (рН< 7), б) в нейтральной илислабощелочной (рН> 7). Составьте химические уравнения, характеризующие электрохимическую коррозию предложенной пары металлов в этих средах. Рассчитайте ЭДСи ∆G°298 реакции для стандартных условий.
3.Составьте полную схему электролиза водного раствора хлорида магния MgCl2. Какой должна быть сила тока, чтобы при пропускании его через расплав этой соли на катоде выделилось 6 г магния за пять часов? Сколько и какого вещества выделится при этом на аноде?Укажите правильный ответ к 3-ей задаче:
1) 2,7; 2) 5.4; 3) 5,6; 4)11.2; 5) 35,5; 6) 17.75; 7) O2; 8) Cl2.
Магниевый полукомплекс: Mg → Mg2+ + 2e-
Серебряный полукомплекс: Ag+ + e- → Ag
Теперь составим уравнение для суммарной реакции:
Mg + 2Ag+ → Mg2+ + 2Ag
Далее, чтобы вычислить ЭДС и ∆G°298 реакции, нам необходимо знать стандартный электродный потенциал каждого полукомплекса.
Стандартный электродный потенциал (Е°) для магниевого полукомплекса: Е°(Mg2+/Mg) = -2.364 В
Стандартный электродный потенциал (Е°) для серебряного полукомплекса: Е°(Ag+/Ag) = 0.799 В
a) В стандартных условиях:
ЭДС гальванического элемента вычисляется как разность электродных потенциалов:
E = Е°(Mg2+/Mg) - Е°(Ag+/Ag) = -2.364 В - 0.799 В = -3.163 В
∆G°298 реакции вычисляется по формуле:
∆G°298 = -nFE°
где n - количество электронов, участвующих в реакции (в данном случае 2),
F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль)
E° - стандартный электродный потенциал
∆G°298 = -2 * 96485 Кл/моль * (-3.163 В) = 6.102 * 10^5 Дж/моль
б) В указанных условиях:
В данном случае, у нас нет информации о изменении концентрации и температуры, поэтому условия те же, что и в стандартных. Следовательно, значения ЭДС и ∆G°298 реакции будут такими же, как рассчитаны в пункте а).
Вывод: Гальванический элемент, составленный из магниевой и серебряной пластин, погруженных в раствор своей соли, имеет отрицательное значение ЭДС (-3.163 В), что говорит о том, что реакция идет в направлении от магниевой пластины к серебряной. Расчетная ∆G°298 реакции (6.102 * 10^5 Дж/моль) показывает, что реакция протекает с поглощением энергии в стандартных условиях.
2. Для решения этой задачи сначала необходимо составить химические уравнения для электрохимической коррозии пары металлов в разных средах.
а) В кислой среде:
Уравнение для коррозии цинка (Zn):
Zn + 2H+ → Zn2+ + H2
Уравнение для коррозии свинца (Pb):
Pb + 2H+ → Pb2+ + H2
б) В нейтральной или слабощелочной среде:
Уравнение для коррозии цинка (Zn):
Zn + 2OH- → Zn(OH)2 + 2e-
Уравнение для коррозии свинца (Pb):
Pb + 2OH- → Pb(OH)2 + 2e-
Далее, чтобы рассчитать ЭДС и ∆G°298 реакции, нам необходимо знать значения стандартного электродного потенциала для каждого металла.
Стандартный электродный потенциал (Е°) для цинка (Zn2+/Zn) = -0.763 В
Стандартный электродный потенциал (Е°) для свинца (Pb2+/Pb) = -0.126 В
ЭДС (Е) рассчитывается как разность электродных потенциалов:
Е = Е°(Zn2+/Zn) - Е°(Pb2+/Pb) = -0.763 В - (-0.126 В) = -0.637 В
∆G°298 реакции для стандартных условий рассчитывается по формуле:
∆G°298 = -nFE°
где n - количество электронов, участвующих в реакции (в данном случае 2),
F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль),
E° - стандартный электродный потенциал
∆G°298 = -2 * 96485 Кл/моль * (-0.637 В) = 1.227 * 10^5 Дж/моль
Вывод: Пара металлов цинка и свинца в разных средах (кислой и нейтральной) терпит электрохимическую коррозию. Расчетная ЭДС (Е) для пары металлов составляет -0.637 В, что указывает на то, что реакция идет в направлении от цинка к свинцу. Расчетная ∆G°298 реакции (1.227 * 10^5 Дж/моль) показывает, что реакция протекает с поглощением энергии в стандартных условиях.
3. Для составления полной схемы электролиза водного раствора хлорида магния (MgCl2) необходимо знать, какие вещества образуются на электродах.
Уравнение для реакции на катоде:
Mg2+ + 2e- → Mg
Уравнение для реакции на аноде:
2Cl- → Cl2 + 2e-
Теперь, чтобы рассчитать силу тока, необходимую для выделения 6 г магния за пять часов на катоде, мы можем использовать закон Фарадея:
m = ItM/F
где m - масса вещества (магния),
I - сила тока,
t - время,
M - молярная масса,
F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль)
Молярная масса магния (Mg) = 24.31 г/моль
Теперь мы можем рассчитать силу тока:
I = mF/(tM) = (6 г * 96485 Кл/моль) / (5 часов * 3600 сек * 24.31 г/моль) = 0.0011 А (или 1.1 мА)
При пропускании такой силы тока через расплав хлорида магния на катоде выделится 6 г магния за пять часов.
Чтобы определить, какого вещества выделится на аноде, мы знаем, что приэлектролизе хлорида магния на аноде выделяется хлор.
Таким образом, правильный ответ 3-ей задачи это:
3) 5,6 (сила тока)
7) O2 (активное вещество на аноде)