7.3  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).

E⁰_Ag|Ag⁺ = 0,799 В;  E⁰_Mn|Mn²⁺ = –1,179 В. В данной паре катодом является Ag|Ag⁺.

Схема гальванического элемента:

A (–)  Mn|Mn²⁺ || Ag⁺ |Ag  (+) K

 

E⁰_Co|Co²⁺ = – 0,277 В;  E⁰_Na|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 = E_К – Е_А

Данные гальванические элементы составлены из стандартных электродов, поэтому:

а) ЭДС = Е⁰ _Ni|Ni²⁺ – Е⁰_Zn|Zn²⁺ = – 0,250 – (–0,763) = 0,513 В;

б) ЭДС = Е⁰ _Ni|Ni²⁺ – Е⁰_Cd|Cd²⁺ = – 0,250 – (–0,403) = 0,153 В;

в) ЭДС = Е⁰ _Ni|Ni²⁺ – Е⁰_Al|Al³⁺ = –0,250 – (–1,663) = 1,413 В;

г) ЭДС = Е⁰ _Ni|Ni²⁺ – Е⁰_Mg|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.

Решение:

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.

Решение:

ЭДС гальванического элемента можно рассчитать как разность потенциалов:

ЭДС = E_К – Е_А

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⁺ ;.

Решение:

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?

Решение:

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:

m_Hg =  I t _(сек)= · 8 · 600 = 5 г.

К следующему разделу

К оглавлению