М'який сріблясто-білий метал. Хімічно дуже активний, сильний відновник, на повітрі легко окиснюється. Відкритий англійським хіміком Гемфрі Деві 1807 року. Густина 0,856. Температура плавлення 63,55 °C, температура кипіння 760 °C. Твердість за Брінеллем 400 кПа. Металічний калій легко ріжеться ножем.
Калій — один з найпоширеніших петрогенних елементів земної кори — 2,5 % (за масою). Найважливіші мінерали: сильвін, карналіт, каїніт, лангбейніт. Вміст калію в ультраосновних гірських породах 0,03 %, в основних 0,83 %, середніх 2,3 %, в кислих 3,34 %. Максимальні концентрації калію (до 7 %) виявлені в лужних породах агпаїтового ряду. Головні калійні мінерали в цих породах лужні польові шпати, слюда, нефелін, лейцит.
При випаровуванні морської води в осад випадають такі мінерали калію: сильвініт, карналіт, каїніт, полігаліт. Внаслідок інтенсивного випаровування морської води в минулі геологічні епохи, особливо в пермський період, були утворені великі родовища калійних солей.
РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ “ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ”
(для нехимических специальностей)
1. Определите, какой из электродов является катодом в гальваническом элементе, образованном стандартными электродами:
Ag|Ag+ или Mn|Mn2+ ;
Co|Co2+ или Na|Na+.
Решение.
Катодом (т.е. электродом, на котором протекает процесс восстановления) в гальваническом элементе будет электрод, имеющий большее значение стандартного электродного потенциала (см. таблицу 4 приложения).
E0Ag|Ag+ = 0,799 В; E0Mn|Mn2+ = –1,179 В. В данной паре катодом является Ag|Ag+.
Схема гальванического элемента:
A (–) Mn|Mn2+ || Ag+ |Ag (+) K
E0Co|Co2+ = – 0,277 В; E0Na|Na+ = –2,714 В. В данной паре катодом является Co|Co2+ .
Cхема гальванического элемента:
A (–) Na|Na+ || Co2+| Co (+) K
2. На основании стандартных электродных потенциалов (таблица 4 приложения) определите, какой из следующих гальванических элементов имеет наибольшую ЭДС:
а) Zn|Zn2+ || Ni2+|Ni; б) Cd|Cd2+|| Ni2+|Ni
в) Al|Al3+|| Ni2+|Ni ; г) Mg|Mg2+|| Ni2+|Ni .
Решение.
ЭДС гальванического элемента можно рассчитать как разность потенциалов:
ЭДС = EК – ЕА
Данные гальванические элементы составлены из стандартных электродов, поэтому:
В случае г) ЭДС гальванического элемента будет наибольшей.
3. Вычислите электродный потенциал магния погруженного в раствор MgSO4 с концентрацией ионов Mg2+, равной 0,01 моль/л.
Вычисление электродного потенциала металла при любой концентрации его ионов (моль/л) в растворе производится по уравнению Нернста. Для магниевого электрода:
E = E0 + = –2,363 + = –2,422 В.
4. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух электродов: Ti | Ti2+ (0,01 моль/л) || Ni2+ (1 моль/л) | Ni.
ЭДС гальванического элемента можно рассчитать как разность потенциалов:
ЭДС = EК – ЕА
В данном гальваническом элементе катод - Ni2+ |Ni , а анод - Ti|Ti2+ .
Схема гальванического элемента:
А (–) Ti | Ti2+ || Ni2+ | Ni (+) К
Процессы на электродах:
(–) А: Ti – 2e- = Ti2+;
(+) K: Ni2+ + 2e- = Ni.
По уравнению Нернста рассчитываем значение электродного потенциала анода.
E Ti|Ti2+ = E0 Ti|Ti2+ + = –1,630 + = –1,689 В;
Значение электродного потенциала катода равно величине стандартного электродного потенциала никелевого электрода, так как концентрация ионов Ni2+ в растворе составляет 1 моль/л.
E Ni|Ni2+ = E0 Ni|Ni2+ = – 0,250 В;
ЭДС = –0,250 – ( –1,689) = 1,439 В.
5. Какой из следующих процессов протекает при электролизе водного раствора NaI на графитовом аноде?
При электролизе водных растворов солей в нейтральной среде на аноде возможны два процесса окисления:
1. процесс окисления анионов соли (кислотного остатка) :
2I– – 2e- = I2
2. процесс электрохимического окисления молекул воды:
2H2O – 4e- = O2 + 4H+.
В данном случае на аноде при электролизе будут окисляться иодид-анионы, т.к. для электрохимического окисления воды необходима большая положительная поляризация анода.
ответ: 2I– – 2e- = I2
6. Какое вещество и в каком количестве выделится на катоде при электролизе раствора Hg(NO3)2 (анод графитовый) в течение 10 минут при силе тока 8А?
При электролизе водных растворов солей в нейтральной среде на катоде возможно протекание двух восстановительных процессов. Один из них – восстановление катионов металла:
Hg2+ + 2e- = Hg .
Другой возможный процесс – восстановление водорода из молекул воды:
2H2O + 2e- = H2 + 2OH– .
В данном случае на катоде будут восстанавливаться катионы ртути, т.к. этот металл входит в группу малоактивных металлов, и для его восстановления необходима меньшая отрицательная поляризация электрода, чем для восстановления водорода.
На катоде: Hg2+ + 2e- = Hg;
Количество выделившейся ртути, согласно законам Фарадея, равно:
М'який сріблясто-білий метал. Хімічно дуже активний, сильний відновник, на повітрі легко окиснюється. Відкритий англійським хіміком Гемфрі Деві 1807 року. Густина 0,856. Температура плавлення 63,55 °C, температура кипіння 760 °C. Твердість за Брінеллем 400 кПа. Металічний калій легко ріжеться ножем.
Калій — один з найпоширеніших петрогенних елементів земної кори — 2,5 % (за масою). Найважливіші мінерали: сильвін, карналіт, каїніт, лангбейніт. Вміст калію в ультраосновних гірських породах 0,03 %, в основних 0,83 %, середніх 2,3 %, в кислих 3,34 %. Максимальні концентрації калію (до 7 %) виявлені в лужних породах агпаїтового ряду. Головні калійні мінерали в цих породах лужні польові шпати, слюда, нефелін, лейцит.
При випаровуванні морської води в осад випадають такі мінерали калію: сильвініт, карналіт, каїніт, полігаліт. Внаслідок інтенсивного випаровування морської води в минулі геологічні епохи, особливо в пермський період, були утворені великі родовища калійних солей.
РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ “ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ”
(для нехимических специальностей)
1. Определите, какой из электродов является катодом в гальваническом элементе, образованном стандартными электродами:
Ag|Ag+ или Mn|Mn2+ ;
Co|Co2+ или Na|Na+.
Решение.
Катодом (т.е. электродом, на котором протекает процесс восстановления) в гальваническом элементе будет электрод, имеющий большее значение стандартного электродного потенциала (см. таблицу 4 приложения).
E0Ag|Ag+ = 0,799 В; E0Mn|Mn2+ = –1,179 В. В данной паре катодом является Ag|Ag+.
Схема гальванического элемента:
A (–) Mn|Mn2+ || Ag+ |Ag (+) K
E0Co|Co2+ = – 0,277 В; E0Na|Na+ = –2,714 В. В данной паре катодом является Co|Co2+ .
Cхема гальванического элемента:
A (–) Na|Na+ || Co2+| Co (+) K
2. На основании стандартных электродных потенциалов (таблица 4 приложения) определите, какой из следующих гальванических элементов имеет наибольшую ЭДС:
а) Zn|Zn2+ || Ni2+|Ni; б) Cd|Cd2+|| Ni2+|Ni
в) Al|Al3+|| Ni2+|Ni ; г) Mg|Mg2+|| Ni2+|Ni .
Решение.
ЭДС гальванического элемента можно рассчитать как разность потенциалов:
ЭДС = EК – ЕА
Данные гальванические элементы составлены из стандартных электродов, поэтому:
а) ЭДС = Е0 Ni|Ni2+ – Е0Zn|Zn2+ = – 0,250 – (–0,763) = 0,513 В;
б) ЭДС = Е0 Ni|Ni2+ – Е0Cd|Cd2+ = – 0,250 – (–0,403) = 0,153 В;
в) ЭДС = Е0 Ni|Ni2+ – Е0Al|Al3+ = –0,250 – (–1,663) = 1,413 В;
г) ЭДС = Е0 Ni|Ni2+ – Е0Mg|Mg2+ = –0,250 –(–2,363) = 2,113 В.
В случае г) ЭДС гальванического элемента будет наибольшей.
3. Вычислите электродный потенциал магния погруженного в раствор MgSO4 с концентрацией ионов Mg2+, равной 0,01 моль/л.
Вычисление электродного потенциала металла при любой концентрации его ионов (моль/л) в растворе производится по уравнению Нернста. Для магниевого электрода:
E = E0 + = –2,363 + = –2,422 В.
4. Вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух электродов: Ti | Ti2+ (0,01 моль/л) || Ni2+ (1 моль/л) | Ni.
ЭДС гальванического элемента можно рассчитать как разность потенциалов:
ЭДС = EК – ЕА
В данном гальваническом элементе катод - Ni2+ |Ni , а анод - Ti|Ti2+ .
Схема гальванического элемента:
А (–) Ti | Ti2+ || Ni2+ | Ni (+) К
Процессы на электродах:
(–) А: Ti – 2e- = Ti2+;
(+) K: Ni2+ + 2e- = Ni.
По уравнению Нернста рассчитываем значение электродного потенциала анода.
E Ti|Ti2+ = E0 Ti|Ti2+ + = –1,630 + = –1,689 В;
Значение электродного потенциала катода равно величине стандартного электродного потенциала никелевого электрода, так как концентрация ионов Ni2+ в растворе составляет 1 моль/л.
E Ni|Ni2+ = E0 Ni|Ni2+ = – 0,250 В;
ЭДС = –0,250 – ( –1,689) = 1,439 В.
5. Какой из следующих процессов протекает при электролизе водного раствора NaI на графитовом аноде?
а) Na – e- = Na+; б) 2I– – 2e- = I2 ;
в) 4OH– – 4e- = 2H2O + O2; г) 2H2O – 4e- = O2 + 4H+ ;.
При электролизе водных растворов солей в нейтральной среде на аноде возможны два процесса окисления:
1. процесс окисления анионов соли (кислотного остатка) :
2I– – 2e- = I2
2. процесс электрохимического окисления молекул воды:
2H2O – 4e- = O2 + 4H+.
В данном случае на аноде при электролизе будут окисляться иодид-анионы, т.к. для электрохимического окисления воды необходима большая положительная поляризация анода.
ответ: 2I– – 2e- = I2
6. Какое вещество и в каком количестве выделится на катоде при электролизе раствора Hg(NO3)2 (анод графитовый) в течение 10 минут при силе тока 8А?
При электролизе водных растворов солей в нейтральной среде на катоде возможно протекание двух восстановительных процессов. Один из них – восстановление катионов металла:
Hg2+ + 2e- = Hg .
Другой возможный процесс – восстановление водорода из молекул воды:
2H2O + 2e- = H2 + 2OH– .
В данном случае на катоде будут восстанавливаться катионы ртути, т.к. этот металл входит в группу малоактивных металлов, и для его восстановления необходима меньшая отрицательная поляризация электрода, чем для восстановления водорода.
На катоде: Hg2+ + 2e- = Hg;
Количество выделившейся ртути, согласно законам Фарадея, равно:
mHg = I t (сек)= · 8 · 600 = 5 г.
К следующему разделу
К оглавлению
© А.И. Хлебников, И.Н. Аржанова, О.А. Напилкова