КАТЕГОРИИ:

Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Ослабление восстановительных свойств (активности) слева направо

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

Формула начинается со знака минус в круглых скобках, затем указывается металл, находящийся слева в ряду напряжений, в нулевой степени окисления. Ставится вертикальная черта, имеющая значение границы раздела между металлом и ионосодержащим раствором. За ней указывается активный ион. Далее следует вертикальная двойная черта, обозначающая границу между двумя полуэлементами и показывающая, чо диффузный потенциал устранен. За двойной чертой (в зеркальном порядке) указывается активный ион второго полуэлемента и, через одинарную вертикальную черту, металл в нулевой степени окисления, находящийся в электрохимическом ряду справа. За ним следует знак «плюс» в круглых скобках. Под каждым из активных ионов подписывается соответствующая ему активность из условия задачи. Конечный результат должен выглядеть следующим образом:

(-) Zn⁰| Zn²⁺ || Cu²⁺| Cu⁰(+)

М 0, 01М

Примечание: вместо активного иона позволительно указывать также и полную брутто формулу соли, в раствор которой погружен соответствующий электрод.

Задача 18. Рассчитайте электродные потенциалы, ЭДС гальванического элемента (–)Zn|ZnSO₄(c=0, 5M)||CuSO₄(c=1M)|Cu(+), изменение энергии Гиббса DG^о и константу равновесия реакции, протекающей в нем при замыкании цепи (Т=25⁰С).

Решение: Потенциалы электродов вычислим с помощью уравнения Нернста:

RT 0, 059 Е_Меⁿ⁺_/Ме= Е^о_Меⁿ⁺_/Ме+ ¾ ¾ ln a_Меⁿ⁺ = E^о_Меⁿ⁺_/Ме+ ¾ ¾ ¾ lg a_Меⁿ⁺, nF n

где Е^о_Меⁿ⁺_/Ме– стандартный электродный потенциал (см. Приложение); a_Меⁿ⁺ – активность соответствующих ионов в растворе; n – число электронов, участвующих в электродной реакции; F – число Фарадея (96500 Кл).

Для расчета активности а = gС находим в справочнике коэффициенты активности g солей и подставляем их значения:

а_Cu₂₊= 0, 043´ 1=0, 043 моль/л; а_Zn₂₊= 0, 063´ 0, 5=0, 0315 моль/л.

Отсюда

Е_Cu²⁺_/_Cu= +0, 337 + (0, 059/2) lg 0, 043 = +0, 297 В;

Е_Zn²⁺/_Zn = –0, 763 + (0, 059/2) lg 0, 0315 = –0, 807 В.

И, значит, электродвижущая сила равна

Е = Е₊ – Е_– = +0, 297–(–0, 807) = 1, 104 В.

Между DG⁰ реакции, протекающей в гальваническом элементе, и стандартной ЭДС существует связь, выражаемая уравнением: DG^о= –nFE^о.

Стандартная ЭДС рассчитывается как разность стандартных электродных потенциалов: Е^о = Е^о₊ – Е^о_–. Значит

Е^о = +0, 337 –(–0, 763) = 1, 100 В,

и DG^о = –2·96500·1, 100 = –212300 Дж/моль.

Константа равновесия реакции (К_а= К_р) находится с помощью уравнения

DG⁰ = –RTlnKp,

откуда lnK_а = lnK_p = – DG⁰/RT = – (–212300)/[8, 314·(25+273)] =

= 85, 6887 и К_а = К_р = е^{85, 6887} = 1, 64´ 10³⁷.

Задача 19. Рассчитать растворимость и произведение растворимости сульфида цинка при 25^оС. Электродвижущая сила концентрационного гальванического элемента

1 2 Zn | ZnS || ZnSO₄| Zn а=х C=0, 5М

равна 0, 276 В.

Решение: ЭДС данного концентрационного элемента определяется уравнением:

0, 059 a_Zn²⁺, ₍₂₎ Е = ¾ ¾ ¾ lg ¾ ¾ ¾ ¾ ¾. n a_Zn²⁺, ₍₁₎

Примем, что a_Zn²⁺, ₍₁₎ – концентрация (активность) ионов цинка в насыщенном растворе ZnS, равная х. Тогда a_Zn²⁺, ₍₂₎ = gС= 0, 063´ 0, 5 = 0, 0315 (см. предыдущую задачу).

Отсюда

a_Zn²⁺, ₍₂₎n E 0, 276·2 lg ¾ ¾ ¾ ¾ = ¾ ¾ ¾ = ¾ ¾ ¾ ¾ = 9, 3559; x 0, 059 0, 059 a_Zn²⁺, ₍₂₎ ¾ ¾ ¾ ¾ = 10^{9, 3559} = 2, 2693´ 10⁹; х

и далее: х = a_Zn²⁺, ₍₁₎ = 0, 0315/(2, 2693´ 10⁹) = 1, 391´ 10^–11.

Значит, концентрация сульфида цинка в насыщенном растворе равна

1, 39´ 10^–11 моль/л, а его произведение растворимости -

ПР = С_Zn²⁺ · C_S^2– = х² = (1, 39´ 10^–11)² = 1, 93´ 10^–22.

Задача 20. Электродвижущая сила Е элемента, составленного из водородного и насыщенного каломельного электродов при 25°С равна 0, 4185 В. Чему равны рН раствора, с которым контактирует водородный электрод, и активность ионов водорода в нем?

Решение:

Е – Е_КЭ рН = ¾ ¾ ¾ ¾ ¾; 0, 059

(потенциал каломельного электрода берем из Приложения). Отсюда

рН = (0, 4185–0, 2415)/0, 059 = 3;

а_Н+ = 10^–рН = 10^–3 = 0, 001 моль/л.

Задача 21. Константа скорости омыления этилацетата гидроксидом натрия при 10°С равна 2, 38 мин^–1. Определить время, необходимое для омыления 90% этилацетата, если реакционная смесь получены смешением 1л 0, 05 н. раствора этилацетата с:

1)1 л 0, 05 н. раствора NаОН; 2) 1 л 0, 1 н. раствора NaОН.

Решение:

1) Реакция омыления этилацетата в щелочной среде является реакцией второго порядка. В случае равенства концентраций эфира и щелочи воспользуемся уравнением:

1 x 1 x k = ¾ · ¾ ¾ ¾, откуда t₁ = ¾ · ¾ ¾ ¾, t₁a(a–x) k a(a–x)

где а – исходное количество молей; х – количество прореагировавшего вещества к моменту времени t.

Общий объем смеси 2 л, поэтому концентрация веществ вследствие разбавления уменьшится в два раза и значит,

а = 0, 025 моль/л, х = 0, 025·0, 9 = 0, 0225 моль/л.

Отсюда

1 0, 0225 t₁ = ¾ ¾ · ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = 151, 2 мин. 2, 38 0, 025(0, 025–0, 0225)

2. Во втором случае концентрации эфира и щелочи неодинаковы, поэтому необходимо использовать уравнение:

1 b(a–x) k = ¾ ¾ ¾ ln ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ t₂(a–b) a(b–x)

Если а - начальная концентрация этилацетата, а b – начальная концентрация щелочи, то а = 0, 1/2 = 0, 05 моль/л; b = 0, 05/2 = 0, 025 моль/л; x = 0, 025´ 0, 9 = 0, 0225 моль/л.

Решаем уравнение относительно t₂:

1 0, 025(0, 05–0, 0225) t₂ = ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ln ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = 28, 65 мин 2, 38 (0, 05-0, 025) 0, 05(0, 025–0, 0225)

Задача 22. Константа скорости диссоциации фосгена

СОCl₂ = CO + Cl₂

при температуре 382^оС равна 0, 5´ 10^–2мин^–1, а при температуре 482^оС - 67, 6´ 10^–2мин^–1. Рассчитать: а) энергию активации реакции;

б) константу скорости реакции при температуре 425^оС; в) количество фосгена, которое разложится при температуре 382^оС за 100 минут после начала реакции, если начальное содержание его составляло 1 моль/л.

Решение:

а) Расчет энергии активации Е^* ведем по уравнению:

Т₁Т₂ R k₂ Е^* = ¾ ¾ ¾ ¾ ln ¾ ¾, T₂–T₁ k₁

где: k₁ и k₂ – константы скорости реакции соответственно при

температурах Т₁ и Т₂. Подставляем значения:

655·755·8, 314 67, 6´ 10^–2

Е^*= ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ln¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = 201740, 3 Дж/моль» 201, 7 кДж/моль

755–655 0, 5´ 10^–2

б) Для расчета константы скорости реакции при 425^оС воспользуемся тем же уравнением и найденным значением Е^*.

k₃Е^* T₃ – T₁ ln ¾ ¾ = ¾ · ¾ ¾ ¾ ¾. k₁R T₃T₁

Решая это уравнение относительно k₃, получим:

201740 698–655 ln k₃ = ¾ ¾ ¾ ¾ · ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ + ln 0, 5´ 10^–2 = –3, 016, 8, 314 698´ 655

откуда k₃ = е^{–3, 016} = 0, 049.

в) Реакция диссоциации фосгена является реакцией первого порядка. Поэтому количество прореагировавшего фосгена может быть рассчитано по уравнению:

1 С₀

k = ¾ ¾ ln ¾ ¾ ¾ ¾, где

t С₀ - х

С₀ – исходная концентрация вещества; C₀–x – концентрация к моменту времени t; х – число молей прореагировавшего вещества.

Подставляя в это уравнение значение константы скорости реакции, время от начала реакции и исходную концентрацию, решаем уравнение относительно х:

0, 5´ 10^–2 = (1/100) ln [1/(1-х)];

ln [1/(1–x)] = 0, 5; ln(1–x) = –0, 5; 1–x = е^-^{0, 5} =0, 6

и, окончательно, x = 0, 4 моля.

Таким образом, при температуре 382^оС за 100 минут от начала реакции концентрация фосгена уменьшится от 1 до 0, 6 моль/л, так как в каждом литре разложится 0, 4 моля фосгена.

Задача 23. Во сколько раз возрастет скорость разложения сульфацила натрия в глазных каплях при повышении температуры от 20 до 80^оС? Температурный коэффициент скорости реакции равен 2.

Решение:

Воспользуемся соотношением v_T₂/v_T₁ = k_T₂/k_T₁= g ⁽^T^2–^T¹⁾/10, где g=2, T₂=80^oС; T₁=20^оС:

V_t₂/V_t₁ = 2⁶ = 64,

то есть скорость разложения возрастет в 64 раза.

Задача 24. Рассчитайте время разрушения аэрозольного препарата «Камфомен» на 10%, считая константу скорости разложения основного действующего вещества (фурацилина) равной 1, 2´ 10^–5 час^–1 при 20^oС.

Решение: Считая исходное количество вещества равным 100%, и используя кинетическое уравнение для реакции 1-го порядка

1 a k = ¾ ln ¾ ¾, t a–x

получим:

1 100 0, 1053 t = ¾ ln ¾ ¾ ¾ ¾ = ¾ ¾ ¾ ¾ = 8775 часов» 1 год. k 100–90 1, 2´ 10^–5

Задача 25. В течение какого времени через раствор сульфата меди необходимо пропускать ток силой 1, 5 А, чтобы из него 6, 4 г. меди?

Решение: По закону Фарадея масса выделившегося вещества при электролизе (в граммах) m = ЭJt/F, где

Э – электрохимический эквивалент вещества

J – сила тока (ампер)

t – время (Сек) Кулон

F – число Фарадея 96494 К/г-экв (¾ ¾ ¾) или 96500 К/г-экв.

г-экв

Электрохимическим эквивалентном называется количества вещества, выраженное в граммах, выделяемое 1к электричества, проходящим через электролит.

Э = ¾, где

А – атомная масса; n – валентность

Для меди 63, 54

Э = ¾ ¾ ¾ = 31, 77 г/к

mF 6, 4 × 96500

t = ¾ ¾ ¾ = ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ = 12959, 8 сек = 216 мин = 3 ч. 36 мин.

ЭJ 31, 77 × 1, 5

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒

Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.012 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал