Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Часть 1

вещество реакция энтропия электролиз

11

Ответ:

111

Т.к. на 1 моль азота расходуется 3 моль водорода, то концентрация последнего в момент времени t₁ составит:

Вычислим значение скорости реакции в момент времени t₁:

Ответ:

136

= 0,933 моль

Теперь мы можем определить исходные концентрации , зная общий объем системы:

Для вычисления определим концентрации компонентов в равновесной смеси:

Рассматриваемая реакция - экзотермическая, поэтому в соответствии с принципом Ле-Шателье при увеличении температуры равновесие будет смещаться в сторону обратной реакции, т.е. разложения фосгена - соответственно значение константы равновесия уменьшится.

Ответ:

При увеличение температуры значение уменьшится

186

Подставляем известные величины в уравнения для константы диссоциации:

Решив квадратное уравнение, находим x=, т.е.

Вычислим количество ионовив 100мл 0,01М раствора азотистой кислоты:

Константа диссоциации зависит от природы вещества, подвергающегося диссоциации, растворителя и температуры и не зависит от концентрации растворённого вещества. Поэтому при уменьшении концентрации раствора слабого электролита значениене изменится. Значение же степени диссоциации б увеличится. Это следует исходя из уравнения- при уменьшение значения ведет к увеличении , т.е. доля диссоциированных молекул б= увеличивается.

Ответ:

При уменьшении концентрации раствора азотистой кислоты значениене изменится, а значение степени диссоциации б увеличится.

215

Ответ:

Часть 2

1

Суммарный тепловой эффект химической реакции при стандартных условиях равен разности между суммой теплот образования продуктов и суммой теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов (следствие из закона Гесса)

В нашем случае:

Отсюда,

Ответ: Стандартная энтальпия образования сульфида цинка

29

Подставим значения стандартных энтропий веществ:

Рассчитаем изменение теплоёмкости, пользуясь выражением

и справочными данными:

Тогда,

Ответ: изменение энтропии при 998К для данной реакции равно

50

Для стандартных условий . Для вычисления значениянеобходимо найти изменение энтальпии и изменение энтропии

В нашем случае:

Подставим значения стандартных энтропий веществ:

Отсюда,

>0, следовательно данная реакция при стандартных условиях самопроизвольно протекать в направлении образования воды и оксида углерода(II) не будет

Согласно уравнению , влияние температуры на определяется знаком : если энтропия в ходе реакции возрастает, то значение уменьшается и, наоборот, при уменьшении энтропии в ходе реакции, значение увеличивается, т.е. уменьшается термодинамическая вероятность протекания процесса.

В нашем случае происходит рост энтропии в ходе реакции образования воды и оксида углерода. Следовательно повышение температуры будет увеличивать термодинамическую вероятность процесса.

Ответ: данная реакция при стандартных условиях самопроизвольно протекать в направлении образования воды и оксида углерода(II) не будет; повышение температуры будет увеличивать термодинамическую вероятность процесса.

91

Гальванический элемент можно создать из двух электродов 1-ого рода одинаковой химической природе в том случае, если это концентрационный элемент.

Гальванические элементы, в которых при прохождении тока протекает процесс, заключающийся в переходе какого-либо вещества из одного раствора в другой, отличающегося от первого активностью этого вещества (или его концентрацией в упрощённом виде), называются концентрационными. Другими словами, концентрационные гальванические элементы - это элементы, состоящие из двух одинаковых металлических электродов, помещённых в растворы соли этого же металла, а электродвижущая сила возникает за счёт разности концентраций (активностей) веществ находящихся в растворе.

Возьмём в качестве примера элемент, составленный из серебряных электродов, помещённых соответственно в 0,01н. и 0,1н. раствор нитрата серебра.

Запишем схему этого элемента:

анод - (-) Ag | AgNO( 0,01 н.) || AgNO( 0, 1 н.) | Ag (+) - катод

На отрицательно заряженном аноде происходят окислительные процессы - анод разрушается с выходом ионов Ag в раствор. На положительно заряженном катоде происходит восстановление серебра.

Анод (-): Ag- Ag

Катод (+): Ag+ Ag

= -

= ( 0,1 н.) - ( 0,01 н.)

Найдём значение электродного потенциала для каждого электрода:

= + lg C , стандартный электродный потенциал серебряного электрода равен 0,8 В

( 0,1 н.) = 0,8 + lg 0,1 = 0,8 + 0,059*(-1) = 0,741 В

( 0,01 н.) = 0,8 + lg 0,01 = 0,8 + 0,059*(-2) = 0,682 В

= 0,741 - 0,682 = 0,059 В

Вычислим работу, совершаемую гальваническим элементом.

При обратимом процессе при Р=const и Т=const совершаемая системой работа равна убыли свободной энергии Гиббса электрохимической реакции,

Для элементарной электродной реакции в нашем случае

Постоянная Фарадея

Ответ: =0,059 В

103

Исходя из условия задачи:

(1М раствор )

(1М раствор )

Цинк имеет более отрицательный потенциал, чем кадмий, поэтому на катоде в первую очередь будут восстанавливаться катионы .

, но так как , то восстановление водорода происходить практически не будет - выход по току для рассматриваемых металлов

На аноде в нашем случае могут окисляться ионы и кислород из воды.

Исходя из фактора активности, на аноде должен окисляться кислород воды. Но ввиду значительно большей поляризации электродов при выделении кислорода, чем хлора, на аноде будет преобладать выделение хлора.

В растворе ионы находятся в эквивалентных количествах ( но исходя из уравнения диссоциации концентрация в два раза выше концетрации ионов, поэтому )

Поэтому электролиз смеси растворов и будет происходить в два этапа:

- на первом этапе на катоде - восстановление кадмия, на аноде - окисление хлора;

- на втором этапе на катоде - восстановление цинка, на аноде - окисление кислорода воды;

Запишем уравнения катодных и анодных процессов и вычислим напряжение при котором возможно выделение кадмия и цинка:

1-ый этап:

Анодный процесс: 2 - 2 Cl₂

Катодный процесс: Cd+ 2 Cd

При прохождении тока платиновый катод покрывается Cd, на платиновом аноде выделяется хлор, т.е. природа электродов изменяется, а следовательно изменяются и их электродные потенциалы. Возникает внутренний гальванический элемент по схеме:

A (-) Pt, Cd / CdCl₂ , H₂O/ Cl₂ , Pt(+) K

ЭДС данного элемента направлена встречно внешней ЭДС, тормозит процессы электролиза - ЭДС поляризации:

2-ый этап:

Анодный процесс: 2H₂O - 4 O₂+4H⁺

Катодный процесс: Zn+ 2 Zn

При прохождении тока платиновый катод покрывается Zn, на платиновом аноде выделяется кислород. Возникает внутренний гальванический элемент по схеме:

A (-) Pt, Zn / ZnSO , H₂O/ O₂, Pt(+) K

ЭДС данного элемента направлена встречно внешней ЭДС, тормозит процессы электролиза - ЭДС поляризации:

Ответ: выделить кадмий из данного раствора можно при напряжении, а цинк при напряжении

130

Cхема коррозионного гальванического элемента в кислой среде:

А (-) Sn / Н⁺ / Cu (+) К

рН=0

В, поэтому в данных условиях олово будет термодинамически нестабильным и будет протекать его коррозия с водородной деполяризацией.

Анодный процесс: Sn - 2 Sn

Катодный процесс: 2H+ 2 H

Таким образом, при нарушении оловянного покрытия меди будет происходить разрушение олова с образованием ионов Sn. Одновременно происходят процессы восстановления - передачи электронов, в нашем случае в кислой среде - восстановление ионов H с образованием свободного водорода.

Рассчитает массу олова, которое будет подвергнуто коррозии за 24 часа при токе 1,2А.

Определим объём водорода:

Ответ: за 24 часа при токе 1,2А будет подвергнуто коррозии олова, при этом выделится водорода

159

Анодные процессы электролиза применяются для получения пористых толстых (до неск. сотен мкм) анодных оксидных пленок (оксидирование). Анодное оксидирование деталей проводят в жидких (жидкостное оксидирование), реже в твердых электролитах. Поверхность окисляемого материала имеет положительный потенциал. Жидкостное оксидирование в водных и неводных р-рах электролита применяют для получения защитных, декоративных покрытий и диэлектрич. слоев на поверхности металлов, сплавов и полупроводниковых материалов при изготовлении приборов со структурами металл-диэлектрик-полупроводник и СВЧ интегральных схем, оксидных конденсаторов, коммутац. плат на основе алюминия и др. Наиб. широко анодное оксидирование используют для нанесения оксидных слоев на конструкции из А1 и его сплавов. При этом получают защитные (толщиной 0,3-15 мкм), износостойкие и электроизоляционные (2-300 мкм), цветные и эматаль-покрытия (эмалеподобные), а также тонкослойные (0,1-0,4 мкм) оксидные пленки. Для образования толстых оксидных слоев применяют в осн. р-ры H₂SO₄ и СгО₃. Тонкие оксидные пленки получают в р-рах на основе Н₃РО₄ и Н₃ВО₃. Цветное анодирование проводят в р-рах, содержащих орг. кислоты (щавелевую, малеиновую, сульфосалициловую и др.). Эматаль-покрытия получают в электролитах, содержащих, как правило, СrO₃. Анодирование магния и его сплавов осуществляют в р-рах, содержащих NaOH, фториды, хроматы металлов. Анодное оксидирование стали проводят в р-рах щелочи или СгО₃. Методы анодного оксидирования получают распространение в полупроводниковой технологии, особенно для получения оксидных слоев на полупроводниках.

Оксидные покрытия стали могут быть получены анодной обработкой в 40 %-ном растворе NaOH при 80-120°С и плотности тока 3-10 А/дм2. При продолжительности электролиза 30-40 мин образуются пленки черного цвета толщиной 4-5 мкм. Понижение концентрации щелочи, температуры раствора или уменьшение продолжительности электролиза приводит к уменьшению толщины пленки и увеличению ее пористости. Рассмотрим данные процессы с применением медного катода.

На аноде происходит электрохимическое растворение железа. В ближнем к анодному металлу слое будет образовываться оксидная плёнка, процесс её образования можно передать схемой Fe . Второй слой, ближний к электролиту, состоит из гидроксида. На катоде происходит восстановление воды с выделением водорода.

К (-) Cu / NaOH , H₂O/ Fe (+) А

Анодный процесс: Fe - 2 Fe

Катодный процесс: 2H₂O + 2 H+ 2

Анодным травлением снимают тонкие оксидные плёнки. Анодным травлением также снимают дефектные гальванические покрытия с деталей с тем, чтобы возвратить их в производство, а также при регенерации металлических пластин офсетных биметаллических печатных форм. Широко известно анодное травление металлографических шлифов для выявления микроструктуры сплавов. При этом травление проводят в таких условиях, когда достаточно резко проявляется различие скоростей растворения разных по хим. и фазовому составу компонентов сплава.

При анодном травлении происходят электрохимическое растворение металла изделия и механический отрыв оксидов выделяющимися пузырьками кислорода. В качестве катодов используют свинец. В качестве электролита применяют слабые растворы серной и соляной кислот или подкисленные растворы их солей.

Составим схему электролизной системы при анодном травлении стали в растворе серной кислоты с свинцовым катодом. На аноде происходит электрохимическое растворение железа, часть электричества расходуется на окисление воды - происходит образование кислорода. В реальных условиях при электролизе раствора серной кислоты происходит также разряд сульфат-ионов 2SO^2-₄- 4з ? 2SO₃ + O₂^, которые затем химически расворяются в воде с образованием серной кислоты: SO₃ + H₂O > H₂SO₄; H₂SO₄2Н⁺ + . На катоде происходит восстановление H-ионов с выделением водорода.

К (-) Pb / Н₂SO₄ , H₂O/ Fe (+) А

Анодные процессы: Fe - 2 Fe

2H₂O - 4 O₂+4H⁺

2SO^2-₄- 4з ? 2SO₃ + O₂^;

Катодный процесс: 2H+ 2 H

Для осуществления электрохимического полирования обрабатываемую деталь, являющуюся анодом (т.е. электродом, соединенным с положительным полюсом источника тока), помещают в ванну с электролитом. Вторым электродом служат катоды, изготовленные из меди. Благодаря специально подбираемому составу электролита и создаваемым условиям (образование пленки повышенного сопротивления) растворение осуществляется неравномерно. В первую очередь растворяются наиболее выступающие точки, вследствие чего шероховатость уменьшается, а затем исчезает, и поверхность детали становится гладкой и блестящей. Избирательное растворение торчащих элементов протекает с одновременным получением блеска.

В процессе электрохимического полирования на поверхности анода (полируемой детали) образуется окисная или гидроокисная пленка. Если эта пленка равномерно покрывает поверхность, то она создает условия, необходимые для протекания микро-полирования. Внешняя часть этой пленки непрерывно растворяется в электролите. Поэтому для успешного проведения процесса необходимо создания условий, в которых существовало бы равновесие между скоростями образования окисной пленки и скоростью ее химического растворения с тем, чтобы толщина пленки поддерживалась неизменной. Наличие пленки обусловливает возможность обмена электронами между полируемым металлом и ионами электролита без опасности местного разрушения металла агрессивным электролитом.

Кроме действия прианодной пленки на течение процесса электрохимического полирования влияют и другие факторы, в частности механическое перемешивание электролита (или движение анода), благоприятствующие утончению пленки за счет ее растворения или уменьшения толщины диффузионного слоя. Электролиты некоторых составов функционируют нормально только при нагреве. Общим правилом является то, что повышение температуры снижает скорость нейтрализации и повышает скорость растворения прианодной пленки.

Существенными факторами, влияющими на течение процесса электрохимического полирования, являются также плотность тока и напряжение.

В качестве примера рассмотрим электрохимическую полировку стали с медным катодом. В качестве электролитов используют 10-30 %-ные растворы хлористого натрия.

К (-) Cu / NaCl , H₂O/ Fe (+) А

Анодный процесс: Fe - 2 Fe

Катодный процесс: 2H₂O + 2 H+ 2

Литература

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия М.: Высш. шк., Изд. центр "Академия", 2001

2. Стекольников Ю.А., Стекольникова Н.М. Физико-химические процессы в технологии машиностроения: Учеб. пособие.-- Елец: Издательство Елецкого государственного университета имени И.А. Бунина, 2008