Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Ослабление восстановительных свойств (активности) слева направо






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 DGо и константу равновесия реакции, протекающей в нем при замыкании цепи (Т=250С).

Решение: Потенциалы электродов вычислим с помощью уравнения Нернста:

RT 0, 059 ЕМеn+/Ме = ЕоМеn+/Ме + ¾ ¾ ln aМеn+ = EоМеn+/Ме + ¾ ¾ ¾ lg aМеn+, nF n  

где ЕоМеn+/Ме – стандартный электродный потенциал (см. Приложение); aМеn+ – 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:

аCu2+ = 0, 043´ 1=0, 043 моль/л; аZn2+ = 0, 063´ 0, 5=0, 0315 моль/л.

Отсюда

ЕCu2+/Cu= +0, 337 + (0, 059/2) lg 0, 043 = +0, 297 В;

ЕZn2+/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: DGо = –nFEо.

Стандартная ЭДС рассчитывается как разность стандартных электродных потенциалов: Ео = Ео+ – Ео. Значит

Ео = +0, 337 –(–0, 763) = 1, 100 В,

и DGо = –2·96500·1, 100 = –212300 Дж/моль.

Константа равновесия реакции (Ка = Кр) находится с помощью уравнения

DG0 = –RTlnKp,

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

= 85, 6887 и Ка = Кр = е85, 6887 = 1, 64´ 1037.

Задача 19. Рассчитать растворимость и произведение растворимости сульфида цинка при 25оС. 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 aZn2+, (2) Е = ¾ ¾ ¾ lg ¾ ¾ ¾ ¾ ¾. n aZn2+, (1)  

Примем, что aZn2+, (1) – концентрация (активность) ионов цинка в насыщенном растворе ZnS, равная х. Тогда aZn2+, (2) = gС= 0, 063´ 0, 5 = 0, 0315 (см. предыдущую задачу).

Отсюда

aZn2+, (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   aZn2+, (2) ¾ ¾ ¾ ¾ = 109, 3559 = 2, 2693´ 109; х

 

и далее: х = aZn2+, (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 = СZn2+ · CS2– = 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 – ЕКЭ рН = ¾ ¾ ¾ ¾ ¾; 0, 059

(потенциал каломельного электрода берем из Приложения). Отсюда

рН = (0, 4185–0, 2415)/0, 059 = 3;

аН+ = 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, t1 a(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 382оС равна 0, 5´ 10–2 мин–1, а при температуре 482оС - 67, 6´ 10–2 мин–1. Рассчитать: а) энергию активации реакции;

б) константу скорости реакции при температуре 425оС; в) количество фосгена, которое разложится при температуре 382оС 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 425оС воспользуемся тем же уравнением и найденным значением Е*.

k3 Е* T3 – T1 ln ¾ ¾ = ¾ · ¾ ¾ ¾ ¾. k1 R 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 382оС 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 80оС? Температурный коэффициент скорости реакции равен 2.

Решение:

Воспользуемся соотношением vT2/vT1 = kT2/kT1= g (T2–T1)/10, где g=2, T2=80oС; T1=20оС:

Vt2/Vt1 = 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 20oС.

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.

А

Э = ¾, где

n

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

 


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