Решение типовых задач

Задача 1. Вычислите значение электродного потенциала никелевого (Ni) электрода, помещенного в раствор хлорида никеля с молярной концентрацией 0,1 моль/л.

Решение. В соответствии с уравнением Нернста:

Е _Ni ²⁺_/Ni⁰ = E⁰ Ni²⁺/Ni⁰+ (0,59 : n)×lgС Ni²⁺ = – 0,25 В + (0,59:2)×lg 0,1 = – 0,25 В + 0,03(–1)= –0,28 В.

Задача 2. В один сосуд с раствором соли кобальта – CoCl₂ поместили пластинку из марганца, а в другой сосуд с таким же раствором – пластинку из свинца. Какой из металлов будет взаимодействовать с раствором CoCl₂? Напишите молекулярное и электронные уравнения процессов.

Решение. Потенциал марганцевого электрода более отрицателен, чем потенциал кобальтового электрода, а потенциал свинцового – менее отрицателен, поэтому марганец может быть восстановителем по отношению к ионам кобальта, свинец – не может.

Mn + CoCl₂ → MnCl₂ + Co.

Mn⁰ – 2ē → Mn²⁺, процесс окисления;

восстановитель

Co²⁺ + 2ē → Co⁰, процесс восстановления.

окислитель

Задача 3. Гальванический элемент состоит из железного электрода, помещённого в раствор нитрата железа (II) c молярной концентрацией 0,01 моль/л и серебряного электрода, помещённого в раствор нитрата серебра с молярной концентрацией 1 моль/л. Запишите схему гальванического элемента, процессы на электродах и вычислите ЭДС.

Ответ. Для определения функции электрода (анод – катод) следует рассчитать величины их электродных потенциалов по уравнению Нернста (8.1):

Железный электрод имеет отрицательное значение потенциала, поэтому будет выполнять функцию анода. Серебряный электрод менее активный, он будет катодом.

Схема гальванического элемента записывается следующим образом:

(анод) Fe | Fe (NO₃)₂ || Ag (NO₃) | Ag (катод),

или

(анод) Fe | Fe²⁺ || Ag⁺ | Ag (катод).

Процессы на электродах:

анод (Fe): Fe⁰ – 2е‾ → Fe²⁺; процесс окисления,

катод (Ag): 2Ag⁺ + 2е‾ → 2Ag⁰; процесс восстановления.

Реакция, в результате которой возникает электрический ток (токообразующая реакция): Fe + 2Ag (NO₃) → Fe (NO₃)₂ + 2Ag.

Электродвижущая сила гальванического элемента равна

ЭДС = Е_катода – Е_анода = 0,80 В – (– 0,4695 В) = 1,2695 В.

Лабораторные опыты

1. Взаимодействие металлов с водой

В химический стакан и две пробирки налейте до половины объема дистиллированной воды, добавьте по 1 – 2 капли индикатора фенолфталеина. Затем в стакан опустите небольшой кусочек натрия (осушенный от керосина фильтровальной бумагой), в пробирки - кусочки магния и алюминия. Отметьте бурную реакцию натрия с водой, сопровождающуюся активным выделением водорода, слабую реакции магния с водой, отсутствие реакции при комнатной температуре алюминия с водой. Нагрейте последнюю пробирку. Что наблюдается? Как изменилась окраска раствора?

Используя значения стандартных электродных потенциалов натрия Е⁰_Na+/Na= -2,78 В; магния Е⁰_Mg2+/Mg= -2,38 В; алюминия Е⁰_Al3+/Al = -1,66 В и потенциала водородного электрода в нейтральной среде, вычисленного по формуле Нернста

Е_Н+/Н = Е⁰_Н+/Н + 0,059 lg  H⁺ = 0 + 0,059lg10^-7 = -0,41 В,

объясните, почему водород может быть восстановлен из воды перечисленными металлами. Почему алюминий взаимодействует с водой только при нагревании? Напишите реакции взаимодействия каждого металла с водой.