Дворникова Наталия Борисовна учебно-методический комплекс

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание Вопросы для самостоятельной подготовки Задания для самостоятельной работы Электродные процессы. Гальванические элементы. Аккумулято­ры. Окислители и восстановители в природных водах. Задания для самостоятельной работы Электрохимическая коррозия металлов. Методы защиты металлов от коррозии

Подобный материал:

• Шрамкова Наталия Борисовна, доцент учебно-методический комплекс, 525.95kb.
• Плотникова Елена Борисовна учебно-методический комплекс, 484.93kb.
• Ирина Борисовна Бархатова, доцент кафедры вокального искусства института музыки, театра, 252.18kb.
• Швед Наталия Гавриловна, Доцент кафедры связей с общественностью и журналистики ргтэу, 234.14kb.
• Новая система оплаты труда – ключевой механизм модернизации образования горбачева наталия, 76.45kb.
• И. Л. Литвиненко учебно-методический комплекс по дисциплине международный туризм ростов-на-Дону, 398.8kb.
• Учебно-методический комплекс умк учебно-методический комплекс общие основы педагогики, 974.02kb.
• А. Б. Тазаян Учебно-методический комплекс дисциплины "Логика" Ростов-на-Дону 2010 Учебно-методический, 892.49kb.
• А. Б. Тазаян Учебно-методический комплекс дисциплины "Юридическая логика" (для студентов, 1003.39kb.
• И. Д. Алекперов учебно-методический комплекс дисциплины "информатика" Ростов-на-Дону, 952.05kb.

Тема 12. Окислительно-восстановительные реакции


Окислительно-восстановительные системы. Степени окисления вещества. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы. Направление окислительно-восстановительных процессов.


Вопросы для самостоятельной подготовки:

2. Какие реакции называются окислительно-восстановительными?
   
3. В чем сущность окисления и восстановления с точки зрения электронной теории?
   
4. Какие вещества называются окислителями? Приведите примеры.
   
5. Какие вещества называются восстановителями? Приведите примеры.
   
6. Как измениться степень окисления атомов при восстановлении? При окислении?
   
7. Как измениться количество электронов в атоме элемента при окислении?
   
8. Как измениться количество электронов в атоме элемента при восстановлении?
   
9. Пользуясь понятиями ионизационного потенциала и энергии сродства к электрону, укажите (по периодической системе) элементы, проявляющие свойства окислителей и восстановителей.
   
10. Как влияет величина радиуса атома на его окислительно-восстановительные свойства?
    
11. Как составляются уравнения окислительно-восстановительных процессов с помощью метода электронного баланса?
    

Задания для самостоятельной работы:

1) Какие из приведенных ниже реакций являются окислительно-восстановительными?







2) Окисление или восстановление происходит при переходах:



3) Заполните приведенную ниже таблицу, используя следующие вещества:

Вещества, обладающие
только окислительными свойствами	только восстановительными свойствами	двойственными окислительно- восстановительными свойствами

4) Подберите коэффициенты и вычислите эквивалентную массу перманганата калия и нитрита натрия в следующих реакциях:



5) Подберите коэффициенты в уравнениях следующих межмолекулярных окислительно-восстановительных реакций:



6) Подберите коэффициенты в следующих уравнениях реакций диспропорционирования:





7) Осуществить ряд превращений (укажите необходимые условия):

FeOHSO₄ → FeSO₄ → FeO → FeS

8) Осуществить ряд превращений (укажите необходимые условия):

FeSO₄ → Fe(OH)₃ → FeSO₄

9) Осуществить ряд превращений (укажите необходимые условия):

H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ → P → H₃PO₄ → CaHPO₄

10) Осуществить ряд превращений (укажите необходимые условия):

Na₂CO₃ → NaHCO₃ → Na₂SiO₃ → NaHCO₃ → Na₂CO₃ → CaCO₃ → CaOCl₂ → Cl₂ → FeCl₂ → HCl → FeCl₃


Тема 13. Электрохимические процессы. Гальванический элемент. Коррозия мелаллов.


Электрическая проводимость растворов. Числа переноса.


Вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Почему металлы и растворы проводят электрический ток? К проводникам какого рода относятся расплавы солей?
   
2. От каких факторов зависит электрическая проводимость раствора?
   
3. Нарисуйте схему прибора, применяемого для определения сопротивления растворов; поставьте стрелками направление тока и напишите формулу, по которой рассчитывается неизвестное сопротивление.
   
4. Что такое постоянная сосуда? Как она определяется на опыте? Для чего она используется?
   
5. Что такое удельная электрическая проводимость? Укажите и объясните, как она изменяется с разбавлением. Начертите соответствующий график.
   
6. Что называется эквивалентной электрической проводимостью? Как она изменяется с разбавлением? Какое объяснение этого изменения дается для слабых и сильных электролитов.
   
7. Как определяется эквивалентная электрическая проводимость при бесконечном разбавлении сильных и слабых электролитов.
   
8. Напишите и укажите математическое выражение закона Кольрауша.
   
9. Что такое абсолютная скорость иона? Как она определяется?
   
10. Что называется числом переноса? Как оно определяется? Для какой цели используется?
    

Задания для самостоятельной работы:

1. Сопротивление раствора нитрата серебра молярной концентрации 0, 307 моль/л при 18°C равно 404,3 Ом. Сопротивление раствора хлорида калия молярной концентрации 0,02 моль/л в том же сосуде при тех же условиях равно 4318 Ом, а удельная электрическая проводимость его σ = 0,002397 См/см. Вычислите удельную и эквивалентную электрические проводимости раствора нитрата серебра.
   
2. Постоянная сосуда для определения для определения сопротивления растворения растворов равна 4,264 см^-1. Вычислите сопротивление раствора нитрата калия молярной концентрации 0,2 моль/л, измеренное в этом сосуде при 18 °C. Эквивалентная электрическая проводимость этого раствора равна 98,7 См·см²/моль.
   
3. Удельная электрическая проводимость раствора соляной кислоты массовой долей 30% при 18 °C равна 0,662 См/ см², а плотность этого раствора равна 1,152 г/см³. Определите эквивалентную электрическую проводимость раствора.
   
4. Удельное сопротивление раствора азотной кислоты молярной концентрации 1,017 моль/л при 18 °C равно 3,2 Ом·см. Эквивалентная электрическая проводимость раствора азотной кислоты при бесконечном разбавлении равна 376,7 См·см²/моль. Определите концентрацию ионов водорода в растворе.
   
5. Удельная электрическая проводимость раствора иодида натрия массовой долей 5% при 18 °C равно 0,0298 См/см, а плотность этого раствора 1,0374 г/см³. Определите коэффициент электрической проводимости иодида натрия в этом растворе. λ∞=110См·см²/моль.
   
6. При 25 °C удельная электрическая проводимость воды равна 5,5·10^-8См/см. Подвижность иона водорода и гидроксид-иона при этой температуре соответственно равна 349,8 и 197,6 См·см²/моль. Вычислите степень диссоциации и ионное произведение воды.
   
7. Удельная электрическая проводимость раствора сульфата калия молярной концентрации эквивалентна 0,5 моль/л при 18 °C равна 3,925·10^-2См/см. Эквивалентная электрическая проводимость бри бесконечном разбавлении равна 132,6 См·см²/моль. Вычислите кажущуюся степень диссоциации сульфата калия в этом растворе и концентрацию ионов К⁺ и SO₄^2-.
   
8. Удельное сопротивление раствора хлорида кальция массовой долей 10 % при 18 °C равна 8,764 Ом·см, а плотность 1,0852 г/см³. Вычислите кажущуюся степень диссоциации хлорида кальция в этом растворе и концентрацию ионов кальция и хлора. λ∞=116,5См·см²/моль.
   
9. При 18 °C кажущаяся степень диссоциации раствора хлорида лития молярной концентрации 0.01 моль/л равна 93,13%; эквивалентная электрическая проводимость при бесконечном разбавлении 98,9 См·см²/моль. Найдите удельную электрическую проводимость этого раствора.
   

Электродные процессы. Гальванические элементы. Аккумулято­ры. Окислители и восстановители в природных водах.


Вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Что такое гальванический элемент? В каких местах и какие скачки потенциалов возникают в гальваническом элементе?
   
2. Как объяснить возникновение скачка потенциалов на границе металл/раствор?
   
3. что такое электродный потенциал металла? От каких факторов зависит его величина?
   
4. Что такое диффузный потенциал? Как объяснить его появление?
   
5. Что такое мембранный потенциал? Как он возникает и каково его биологическое значение?
   
6. Как вычисляется электродвижущая сила гальванического элемента? Что такое стандартный водородный электрод?
   
7. Что такое каломельный электрод?
   
8. Как на опыте определяются потенциалы отдельных электродов?
   

Задания для самостоятельной работы:

Электрохимические процессы в химических источниках тока


Используя данные по качественному и, возможно, количественному составу химического источника тока, приведенные в Вашем варианте задания, выделите электрохимические системы (или электрохимическую систему), определите стандартные восстановительные потенциалы этих систем (или стандартный восстановительный потенциал этой системы) и выполните следующие задания:

а) вычислите восстановительные потенциалы выделенных Вами электрохимических систем (или восстановительный потенциал выделенной Вами электрохимической системы) при концентрациях, указанных в условии Вашего варианта задания, и если в условии не приведены данные по концентрации электролита, давлению газа, температуре, то следует считать значения соответствующих физических величин стандартными;

б) определите катод и анод, электролиты в данной катодной и анодной зонах гальванического элемента, состав которого приведен в Вашем варианте задания; составьте схему этого гальванического элемента и укажите направление перемещения электронов во внешней его цепи;

в) напишите уравнения электродных процессов полученного гальванического элемента и уравнение токообразущей реакции (или объясните, почему невозможно написать уравнение токообразующей реакции);

г) вычислите ЭДС (электропроводящую силу) этого гальванического элемента и поясните, за счет чего обеспечивается разность потенциалов;

д) определите возможность увеличения ЭДС данного гальванического элемента разными способами: либо за счет замены электропроводов, либо за счет изменения концентрации электролита (увеличения или уменьшения, например в 10 раз), либо за счет изменения рН среды (увеличения или уменьшения, например на 1 единицу рН); в каждом случае приведите примеры с кратким обоснованием и необходимыми расчетами.

Номер Вари-анта	Качественный состав химического источника тока	Количественный состав химического источника тока
электроды	электролиты
1	Цинковый и водородный	ZnSO4 (p.); H2SO4	СМ(ZnSO4) = 0,1 моль·л-1 (αкаж.=66%); рН=2,0
2	Серебряный и водородный	AgNO3 (p.); H2SO4	CM(AgNO3)=0,01 (αкаж.=0,93); СН(Н2SO4)=0,02 (αкаж.=0,58) моль·л-1
3	Водородные	Растворы КОН	СН(КОН)=1,0 (αкаж.=77%); СН(КОН)=0,1 (αкаж.=91%) моль·л-1
4	Серебряные	Растворы AgNO3	СН(AgNO3)=0,005 (αкаж.=98%); CH(AgNO3)=0,2 (αкаж.=85%) моль·л-1
5	Водородные	Растворы НСl	CH(HCl)=0,05 (αкаж.=92%); CH(HCl)=0,18 (αкаж.=88%) моль·л-1
6	Водородные	СН3COOH(p.); HCOOH(p.)	CH(CH3COOH)=1,0; CH(HCOOH)=0,001 моль·л-1
7	Магниевые	Растворы MgSO4	CH(MgSO4)=0,001 (αкаж.=87%); CM(MgSO4)=2б0 (αкаж.=68%) моль·л-1
8	Никелевый и серебряный	Ni(NO3)2(p.); AgNO3(p.)	СМ(Ni2+)=1·10-4 моль·л-1; γ(Ni2+)=0,92; CM(Ag+)=1·10-1 моль·л-1; γ(Ag+)=0,75
9	Медные	Растворы CuSO4	a(Cu2+)=1,0 моль·л-1; CM(Cu2+)=0,001 моль·л-1
10	Золотой и водородный	AuCl3(p.); HCl(p.)	CH(AuCl3)=0,1 (αкаж.=65%); CH(HCl)=0,05 (αкаж.=92%) моль·л-1

Методические рекомендации. При выполнении задания Вам потребуются данные таблицы приложения Н, а также, возможно, данные таблиц приложения E, F и G. При расчетах восстановительных потенциалов электрохимических систем используйте активности (а не концентрации) компонентов этих систем. И еще: при составлении схемы гальванического элемента лучше использовать краткую запись концентрации электролита, например: 0,01 М AgNO₃, а не С_М(AgNO₃) = 0,01 моль·л^-1; 0,1 н ZnSO₄, а не С_Н(ZnSO₄) = 0,1 моль·л^-1.


Электрохимическая коррозия металлов. Методы защиты металлов от коррозии


Шесть различных металлов и два варианта условий коррозии приведены в Вашем варианте задания в таблице. Используя эти данные, выполните следующие задания:

а) определите возможность коррозии металла 1 в условиях 1 и 2, приведите необходимые расчеты (если в условии задания не приведены данные по концентрации электролита, давлению газа, температуре - считайте соответствующие физические величины стандартными) и напишите уравнения соответствующих процессов (не забывайте о склонности некоторых металлов к пассивации в агрессивных средах);

б) определите, как изменится коррозия металла 1 по отношению к исходной, если он находится в контакте:

1) с металлом 2 в условиях 1;

2) с металлом 3 в условиях 2;

составьте схемы работающих при этом коррозионных элементов и напишите уравнения электродных процессов; приведите необходимые расчеты;

в) определите тип защитного металлического покрытия (катодное или анодное), если:

1) металл 1 покрыт металлом 4,

2) металл 1 покрыт металлом 5;

составьте уравнения катодных и анодных процессов, протекающих при нарушении целостности защитного покрытия:

1) металла 1 металлом 4 в условиях коррозии 1,

2) металла 1 металлом 5 в условиях коррозии 2;

г) определите, может ли служить протектором металл 6 при защите металла 1 от коррозии в условиях 1 и 2; напишите уравнения протекающих процессов; приведите необходимые расчеты;

д) предложите наилучшие варианты катодного и анодного защитного покрытия, а также протектора для защиты металла от коррозии в условиях 1 и 2.

№ вар.	Металлы	Условия коррозии при 298 К
1	2	3	4	5	6	1	2
1	Pb	Ni	Cu	Cd	Ag	Fe	Атмосфера влажного воздуха	Раствор HCl с рН=5,6
2	Sn	Zn	Pb	Cr	Cu	Ge	Раствор NaCl в контакте с О2	Водный раствор с рН=2,0
3	Ni	Co	Cu	Zn	Ag	Fe	Атмосфера влажного воздуха	Раствор H2SO4 с рН=4,0
4	Co	Fe	Sn	Ti	Au	Pb	Водный раствор с рН=10 в кон. с О2	Водный раствор с рН=4,5
5	Cd	Mn	Ni	Zn	Pt	Al	Атмосфера влажного воздуха	Раствор HNO3 с рН=5,0
6	Fe	Mg	Ag	Cr	Ni	Sn	Раствор NaNO3 в контакте с О2	Водный раствор с рН=6,0
7	Zn	Al	Cd	Mn	Sn	Mg	Атмосфера влажного воздуха	Раствор HCl с рН=1,0
8	Ge	Sn	Pt	Ni	Pd	Ag	Водный раствор с рН=9 в контакте с О2	Водный раствор с рН=0,5
9	Cu	Ni	Au	Sn	Ag	Fe	Атмосфера влажного воздуха	Раствор H2SO4 с рН=2,0
10	Ag	Cr	Pt	Ni	Au	Pd	Водный раствор с рН=9 в контакте с О2	Водный раствор с рН=5,5

Методические рекомендации. При выполнении задания Вам потребуются данные таблицы приложения Н, а также, возможно, данные таблицы Е. Для расчета ЭДС коррозионного элемента (или для сравнения восстановительных потенциалов окислителя и восстановителя) можно использовать стандартные восстановительные потенциалы соответствующих металлов и восстановительные потенциалы кислородного и водородного электродов (точнее, потенциалы процессов, идентичных процессам, протекающим на кислородном и водородном электродах) со стандартным давлением соответствующего газа при стандартной температуре. При расчетах восстановительных потенциалов кислородного и водородного электродов обязательно нужно учитывать лишь рН раствора электролита, т.е. концентрацию ионов Н⁺ или ОН^-.