электролиз и что-то ещё

[BotwaYana]

последняя контрольная по химии в моей жизни.

но, к сожалению, решить я её не могу.

 

1. Достройте схему гальванического элемента, опишите электродный и суммарный процессы, если катод - графитовый стержень в растворе соляной кислоты.

 

2. Опишите механизм коррозии в случае контакта Hg/Zn в воде, содержащей растворённый кислород.

 

3. При электролизе 300 мл 60% раствора CuSO4 (плотность=1,5 г/мл) на аноде выделилось 22,4 л (н.у.) газа. Определите концетрацию раствора относительно CuSO4 после электролиза.

 

заранее спасибо

[mypucm]

2. Опишите механизм коррозии в случае контакта Hg/Zn в воде, содержащей растворённый кислород.

Вообще удивительно нелепое условие, если сравнивать его с традиционными задачами на коррозию. Контакт Hg/Zn приведет к растворению цинка в ртути, в результате получим или амальгаму цинка, или кусок цинка с хорошо проамальгамированной поверхностью. Причем поверхность и в одном, и в другом случаях будет абсолютно однородная, обычной для коррозии гальванопары из разнородных металлов не будет.

 

Катодная реакция:

O₂ + 2H₂O + 4e = 4OH^-

 

Анодная реакция:

Zn - 2e = Zn²⁺

 

Суммарный процесс:

O₂ + 2Zn + 2H₂O = 2Zn(OH)₂

 

И катодная, и анодная реакции протекают на одной и той же амальгаме цинка.

[BotwaYana]

ок, спасибо.

[sharpneedles]

последняя контрольная по химии в моей жизни.

но, к сожалению, решить я её не могу.

 

1. Достройте схему гальванического элемента, опишите электродный и суммарный процессы, если катод - графитовый стержень в растворе соляной кислоты.

 

2. Опишите механизм коррозии в случае контакта Hg/Zn в воде, содержащей растворённый кислород.

 

3. При электролизе 300 мл 60% раствора CuSO4 (плотность=1,5 г/мл) на аноде выделилось 22,4 л (н.у.) газа. Определите концетрацию раствора относительно CuSO4 после электролиза.

 

заранее спасибо

 

По 1-му пункту:

Схема: анод (-) Zn | HCl | C (графит) (+) катод

Анод: Zn → Zn2+ + 2e

Катод: 2H2O + 2H+ +2e → H2 + 2H2O

Суммарный: Zn + 2H2O + 2H+ → Zn2+ + H2 + 2H2O

Zn + 2H2O + 2HCl → ZnCl2 + H2 + 2H2O

[sharpneedles]

Вообще удивительно нелепое условие, если сравнивать его с традиционными задачами на коррозию. Контакт Hg/Zn приведет к растворению цинка в ртути, в результате получим или амальгаму цинка, или кусок цинка с хорошо проамальгамированной поверхностью. Причем поверхность и в одном, и в другом случаях будет абсолютно однородная, обычной для коррозии гальванопары из разнородных металлов не будет.

А что тут нелепого? Металлы вовсе не обязаны контактировать между собой непосредственно - ведь не шло же речи о короткозамкнутом элементе? Это во-первых. Во-вторых, даже если цинк амальгамирован - то цинковая пластина, покрытая ртутью только с одной стороны, вполне удовлетворяет условию задачи. Правда потенциал амальгамы будет отличаться от потенциала ртути...

[BotwaYana]

sharpneedles, спасибо!

[mypucm]

А что тут нелепого? Металлы вовсе не обязаны контактировать между собой непосредственно - ведь не шло же речи о короткозамкнутом элементе? Это во-первых. Во-вторых, даже если цинк амальгамирован - то цинковая пластина, покрытая ртутью только с одной стороны, вполне удовлетворяет условию задачи. Правда потенциал амальгамы будет отличаться от потенциала ртути...

А посмотрите типичную задачу про коррозию: это именно непосредственный контакт. Типа, покрыли добрые люди железо медью, а злобные агенты Аль Каиды покрытие процарапали. Напишите, мол, уравнение коррозии. Или, недавно было: титан покрыли никелем (как и зачем???), покрытие повреждено, какой металл будет корродировать. Так что, как правило, непосредственный контакт в задаче обусловлен. Просто граждане авторы задачи выпендрились в силу своей химической малограмотности. Об этом можно судить по другой задаче, про гальванический элемент. Все-таки по умолчанию подразумевается,что в гальваническом элементе существует равновесие на всех границах раздела (кроме разве что границы между двумя контактирующими растворами). И если граждане просят создать гальванический элемент с угольным электродом, погруженным в раствор HCl, то это цинизм высшей степени. Хуже этого только электрод, сделанный из дерева. То, что написал sharpneedles, это не гальванический элемент, с которым изучают равновесие, это гальваническая (электрохимическая) ячейка, с которой проводят электролиз. Т.е. принципиально неравновесная система. И, похоже, авторы задачи что-то такое и имели в виду.

[sharpneedles]

А посмотрите типичную задачу про коррозию: это именно непосредственный контакт.

Да пожалуйста... А в рассматриваемой задаче про непосредственный контакт, то есть про короткозамкнутый гальванический элемент - ни слова.

Типа, покрыли добрые люди железо медью, а злобные агенты Аль Каиды покрытие процарапали. Напишите, мол, уравнение коррозии.

И что тут криминального?

Или, недавно было: титан покрыли никелем (как и зачем???), покрытие повреждено, какой металл будет корродировать.

Да, с точки зрения гальванотехники такое покрытие абсолютно бессмысленно. А вот какие процессы будут иметь место - зависит от среды.

Так что, как правило, непосредственный контакт в задаче обусловлен.

Если на то пошло, то непосредственный контакт обычно все-таки подразумевается или предполагается, а не как не обусловливается.

Условие надо внимательно читать. Интерпретация - в зависимости от формулировки.

Просто граждане авторы задачи выпендрились в силу своей химической малограмотности.

Лучше всего и по понятным причинам - в принципе от подобных оценок воздерживаться.

Все-таки по умолчанию подразумевается,что в гальваническом элементе существует равновесие на всех границах раздела (кроме разве что границы между двумя контактирующими растворами).

Вы о чем вообще? О каком вообще "умолчании" и "равновесии" речь?

И если граждане просят создать гальванический элемент с угольным электродом, погруженным в раствор HCl, то это цинизм высшей степени.

Сугубо субъективная оценка...

Хуже этого только электрод, сделанный из дерева.

Ну почему же? Если вдруг найдется сорт дерева с электронной проводимостью - почему бы и нет?

То, что написал sharpneedles, это не гальванический элемент, с которым изучают равновесие, это гальваническая (электрохимическая) ячейка, с которой проводят электролиз.

То, что написал sharpneedles - это как раз-таки схема гальванического элемента, первичного химического источника тока, а уж ни как не электролизера, как написал mypucm.

Предложенная мною система - по сути негерметичная угольно-цинковая батарейка, вполне способная дать небольшие напряжение и ток, в силу значительной реакционной способности одного из электродов и электролита склонная к весьма быстрому саморазряду, то есть потере емкости по причине коррозии одного из электродов (растворение цинка в соляной кислоте при разомкнутой электрической цепи).

Видимо, обыкновенная герметичная угольно-цинковая батарейка с электролитом на основе хлорида аммония - это не первичный ХИТ, а электролизер? Видимо, процесс коррозии высокоуглеродистой стали в кислой среде обусловлен вовсе не работой микрогальванопар?

ХИТ - гальваническая ячейка, в которой химическая энергия преобразуется в электрическую, электролизер - гальваническая ячейка, в которой электрическая энергия, поступающая от внешних источников тока расходуется на химические превращения. Вот каковы отличительные признаки ХИТа и электролизера.

Т.е. принципиально неравновесная система. И, похоже, авторы задачи что-то такое и имели в виду.

Авторы предложили условие вполне решаемой задачи. Что они имели ввиду - гадать бессмысленно.

[mypucm]

То, что написал sharpneedles - это как раз-таки схема гальванического элемента, первичного химического источника тока, а уж ни как не электролизера, как написал mypucm.

Предложенная мною система - по сути негерметичная угольно-цинковая батарейка, вполне способная дать небольшие напряжение и ток, в силу значительной реакционной способности одного из электродов и электролита склонная к весьма быстрому саморазряду, то есть потере емкости по причине коррозии одного из электродов (растворение цинка в соляной кислоте при разомкнутой электрической цепи).

Видимо, обыкновенная герметичная угольно-цинковая батарейка с электролитом на основе хлорида аммония - это не первичный ХИТ, а электролизер?

Ну давайте уточним термины: "обыкновенная герметичная угольно-цинковая батарейка с электролитом на основе хлорида аммония" - если это обычный элемент Лекланше, то она не угольно-цинковая, а марганцево-цинковая. Восстанавливается в ней пиролюзит, а вовсе не водород выделяется. Предложенная Вами ячейка не способна ток давать вообще, в силу сугубой необратимости выделения водорода на углеродных материалах. Графит, понятное дело, не платина, на нем атомарный водород не адсорбируется (предвидя неизбежные придирки, уточняю: не адсорбируется в сколько-нибудь существенных для кинетики количествах). Для работы в качестве водородного электрода графит не пригоден. Вот из-за этой его непригодности я и завел речь об электроде деревянном: в данном случае от него был бы ровно такой же толк.

[sharpneedles]

Ну давайте уточним термины: "обыкновенная герметичная угольно-цинковая батарейка с электролитом на основе хлорида аммония" - если это обычный элемент Лекланше, то она не угольно-цинковая, а марганцево-цинковая.

И так и так называют.

Восстанавливается в ней пиролюзит, а вовсе не водород выделяется.

Водород не выделяется, совершенно верно, как раз для этого (предотвращения газовыделения и обеспечения герметичности) и нужен диоксид марганца (реакцией его катодного восстановления заменена катодная реакция восстановления водорода). Кстати, в соляной кислоте диоксид марганца растворяется, выделяя при этом газообразный хлор...

Предложенная Вами ячейка не способна ток давать вообще, в силу сугубой необратимости выделения водорода на углеродных материалах.

Тем не менее ток предложенная мною ячейка дает. Дает и ток и напряжение в силу наличия стационарных потенциалов цинкового и угольного электродов (обладает электронной проводимостью) в соляной кислоте. Я вчера собрал на скорую руку указанную систему: цинковая проволока (анод) в соляной кислоте в паре с угольным стержнем (катод). Внешняя нагрузка - мультиметр. Смотрите сами...

 

В режиме амперметра фиксируемый ток системы - 3,51 мА.

 

В режиме вольтметра фиксируемое напряжение системы - 1,319 В.