Примеры решения задач

Пример 4.1 Удельная электропроводность 0,135 моль/л раствора пропионовой кислоты C₂H₅COOH равна 4,7910^-2 См/м. Рассчитайте эквивалентную электропроводность раствора, константу диссоциации кислоты и рН раствора, если предельные подвижности H⁺ и C₂H₅COO^ равны 349,8 См  см²/моль и 37,2 См  см²/моль соответственно.

Решение: По закону Кольрауша

_,

поэтому _ = 349,8 + 37,2 = 387 См  см²/моль.

Рассчитаем эквивалентную электропроводность

Определим степень диссоциации

и константу диссоциации

Для нахождения рН среды сначала найдем концентрацию ионов водорода в растворе [H⁺] = c = 0,009 0,135 = 1,24 10 ^-3 моль/л, следовательно рН =  lg[H⁺] = 2,91.

Ответ: λ = 3,55 См∙см²∙моль^-1, α= 0,009, К= 1,15∙10^-5 моль∙л^-1, pH = 2,91.

Пример 4.2 Составьте схему гальванического элемента из медного и никелевого электродов, погруженных в 1 М растворы солей этих металлов. Рассчитайте э.д.с. этого элемента. Напишите уравнения электродных процессов. Изменится ли э.д.с., если взять 0,001 М растворы солей ? E⁰ _(Cu2+/Cu) = + 0,34 В, E⁰ _(Ni2+/Ni) =  0,25 В.

Решение: так как E⁰ _(Cu2+/Cu) > E⁰ _(Ni2+/Ni) , то на медном электроде идет процесс восстановления – это катод, а на никелевом электроде – процесс окисления, это анод.

катод: Cu²⁺ + 2 = Cu⁰

анод: Ni⁰ - 2 = Ni²⁺

-------------------------------------

Ni + Cu²⁺ = Ni²⁺ + Cu

_{Рассчитаем э.д.с элемента}

Схема гальванического элемента

(-) Ni|Ni²⁺||Cu²⁺|Cu (+)

Рассчитаем потенциал электродов и э.д.с. гальванического элемента при условиях, отличных от стандартных, для этого воспользуемся уравнением

_,

_,

_,

_{значит, э.д.с. элемента практически не изменится.}

Ответ: э.д.с. элемента не изменится.

Контрольные задания

151 Основные положения теории Аррениуса. Недостатки теории.

152 Активность и коэффициент активности. Теория Дебая-Хюккеля. Основные допущения. Современные представления о растворах электролитов.

153 Диффузионный потенциал.

154 Электропроводность растворов (удельная, эквивалентная).

155 Параметры электропроводности их взаимосвязь.

156 Механизм переноса электричества в растворах. Абсолютная скорость и число переноса иона. Закон Кольрауша.

157 Механизм возникновения электродного потенциала. Уравнение Нернста.

158 Классификация электродов.

159 Гальванический элемент.

160 Двойной электрический слой. Емкость двойного слоя. Плотность тока.

161 Диффузионное перенапряжение: диффузия, миграция, конвекция.

162 Электролиз

163 Электродные процессы в гальваническом элементе. Расчет электродвижущей силы гальванического элемента.

164 Молярная электропроводность раствора с массовой долей 38% H₂SO₄ равна 140 Смсм²/моль при 293 К. Определите удельную электрическую проводимость указанного раствора, если его плотность 1,286 г/см³.

165 При 295 К удельная электрическая проводимость раствора, содержащего 10% SrCl₂, равна 8,86 10 ^-2 См/см, а плотность раствора равна 1,0925 г/см³. Определите молярную электрическую проводимость данного раствора.

166 Удельная электрическая проводимость 0,135 М раствора пропионовой кислоты равна 4,79 10^-4 См/см при 291 К. Вычислите молярную электрическую проводимость, степень диссоциации, концентрацию ионов водорода и константу элетролитической диссоциации.

167 Константа диссоциации хлоруксусной кислоты равна 3,45  10^-3 моль/л. Молярная электрическая проводимость кислоты при разбавлении V = 256 дм³/моль равна 174,8 См  см²/моль. Вычислите молярную электрическую проводимость при бесконечном разбавлении.

168 Молярная электрическая проводимость 1,59  10^-4 М раствора уксусной кислоты равна 12,77 См  см²/моль при 298 К. Вычислите константу диссоциации и рН раствора, если подвижности ионов: _CH3COO- = 40,9 См  см²/моль, _H+ = 349,8 См  см²/моль.

169 Удельная электрическая проводимость предельно разбавленного раствора этиламина (C₂H₅NH₃OH) равна 1,312  10^-3 См/см при 298 К, а молярная электрическая проводимость этого же раствора равна 232,6 См  см²/моль. Рассчитайте молярную электрическую проводимость при разбавлении V = 16 дм³/моль. Определите также степень диссоциации, концентрацию ионов гидроксила и константу диссоциации.

170 Константа диссоциации масляной кислоты (C₃H₇COOH) равна 1,54  10^-5 моль/л при 298 К. Вычислите степень диссоциации водного раствора кислоты при разбавлении V = 1024 дм³/моль, рН раствора и молярную электрическую проводимость при бесконечном разбавлении, если молярная электрическая проводимость равна 41,3 См см²/моль.

171 Молярные электрические проводимости 0,1 М растворов LiNO₃, NaNO₃, NaCl при 291 К соответственно равны 79,2, 87,2, 92 См  см²/моль. Рассчитайте молярную электрическую проводимость 0,1 М раствора LiCl.

172 Для предельно разбавленных растворов KBr, K₂SO₄, Li₂SO₄ молярная электрическая проводимость равна 151,6, 307, 237,2 См  см²/моль. Вычислите молярную электрическую проводимость для предельно разбавленного раствора LiBr.

173 Эквивалентная электропроводность бесконечно разбавленного растворов соляной кислоты, хлорида натрия и ацетата натрия при 25 С равна, соответственно 425, 128,1 и 91 Смсм²/моль. Какова эквивалентная электропроводность бесконечно разбавленного раствора уксусной кислоты при 25 С?

174 Эквивалентная электропроводность бесконечно разбавленных растворов соляной кислоты, хлорида натрия и ацетата натрия при 298 К равна, соответственно, 425, 128,1 и 91 См  см²/моль. Какова эквивалентная электропроводность бесконечно разбавленного раствора уксусной кислоты при данной температуре?

175 Эквивалентная электропроводность бесконечно разбавленных растворов хлорида калия, нитрата калия и нитрата серебра при 298 К равна, соответственно, 149,9, 145 и 133,4 См  см²/моль. Какова эквивалентная электропроводность бесконечно разбавленного раствора хлорида серебра при данной температуре?

176 Удельная электропроводность 4 % раствора серной кислоты при 18 С равна 0,168 См/см, плотность раствора – 1,026 г/см³. Рассчитайте эквивалентную электропроводность раствора.

177 – 206

Для данного гальванического элемента (таблица 4.2):

1) определите анод и катод;

2) напишите уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде в работающем гальваническом элементе. Запишите уравнение токообразующей реакции;

3) принимая концентрацию ионов у катода 10^-2 моль/л и анода 10^-3 моль/л, парциальные давления газов р = 1 атм, рассчитайте электродвижущую силу гальванического элемента, энергию Гиббса и константу равновесия токообразующего процесса в данном гальваническом элементе при 298 К.

Таблица 4.2 Варианты к заданию 177 – 206.

№ п/п	Гальваническая пара	№ п/п	Гальваническая пара
177	H2,PtH+  Zn2+Zn	192	NiNi2+  Fe2+Fe
178	NiNi2+  Zn2+Zn	193	AgAg+  Zn2+Zn
179	H2,PtH+  ClAgCl,Ag	194	H2,PtH+  Cu2+Cu
180	NiNi2+  Mg2+Mg	195	AgAg+  H+H2,Pt
181	O2,PtOH Mg2+Mg	196	LiLi+  ClCl2,Pt
182	AlAl3+  OHO2,Pt	197	Ti2+Ti  OHO2,Pt
183	Br2,PtBr  Zn2+Zn	198	LiLi+  H+H2,Pt
184	H2,PtH+  ClCl2,Pt	199	MnMn2+  Zn2+Zn
185	Ag,AgBrBr  ClCl2,Pt	200	CuCu2+  Mg2+Mg
186	Cl2,PtCl  Zn2+Zn	201	NiNi2+  OHO2,Pt
187	NiNi2+  Cd2+Cd	202	Ag,AgBrBr  BrBr2,Pt
188	H2,PtH+  OHO2,Pt	203	AlAl3+  ClAgCl,Ag
189	CdCd2+  OHO2,Pt	204	Sn2+Sn OHO2,Pt
190	H2,PtH+  Cd2+Cd	205	I2,PtI  ClCl2,Pt
191	Sn2+Sn  ClCl2,Pt	206	Ti2+Ti  ClAgCl,Ag

207 Вычислите потенциал медного электрода в растворе, содержащем 0,16 г сульфата меди в 200 мл воды. Средний коэффициент активности ионов данного раствора равен 0,573. Е⁰ _Cu2+|Cu = 0,34 В.

208 В 200 г воды содержится 2,4074 г сульфата магния. Вычислите средний коэффициент активности ионов в этом растворе при 298 К, если потенциал магниевого электрода в указанном растворе равен – 2,434 В, а Е⁰ _Mg2+|Mg = -2,363 В.

209 При какой концентрации ионов меди в растворе сульфата меди электродный потенциал медного электрода будет равен нулю? Е⁰ _Cu2+|Cu = 0,34 В.

210 Вычислите активность ионов кобальта в растворе хлорида кобальта при 298 К, если потенциал кобальтового электрода в указанном растворе равен – 0,308 В, а Е⁰ _Cо2+|Со = - 0,277 В.

211 Цинковый электрод погружен в 0,01 М раствор сульфата цинка. Вычислите, насколько изменится потенциал этого электрода, если раствор сульфата цинка разбавить в 10 раз. Средний коэффициент активности f_ сульфата цинка равны 0,387 и 0,700 для 0,01 и 0,001 М растворов сульфата цинка.

212 Рассчитайте константу равновесия реакции ZnSO₄ + Cd = Zn + CdSO₄ при 25С по данным стандартных электродных потенциалов.

213Три гальванических элемента имеют стандартную э.д.с., соответственно, 0,01, 0,1 и 1 В при 298 К. Рассчитайте константы равновесия реакций, если количество электронов для каждой реакции равно 1.

214 Электродвижущая сила элемента Pt,H₂HClAgCl,Ag при 298 К равна 0,322 В.Чему равен рН раствора соляной кислоты?

215 Рассчитайте э.д.с. элемента

Pt,H₂  уксусная кислота (с₁ = 1М)  муравьиная кислота (с₂ = 1 М)  H₂,Pt

при 298 К, если константы диссоциации уксусной и муравьиной кислот равны 1,75  10^-5 и 1,77  10^-5, соответственно. Считать коэффициенты активности равными единице.

216 Рассчитать стандартную э.д.с. топливного элемента, в котором протекает реакция C₂H₆ (г) + 3,5O₂ (г)  2CO₂ (г) + 3H₂O(ж), если G (C₂H₆) = - 32,89 кДж/моль, G (CO₂) = - 394,38 кДж/моль, G (H₂O) = - 237,2 кДж/моль.