О.С.ЗАЙЦЕВ

УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22, 24, 29, 30, 31, 34, 35, 39, 41, 42, 45/2004;
2/2005

§ 8.2. Реакции на границе металл–раствор

(продолжение)

ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ

17. Какой металл, медь или серебро, выделится в первую очередь при электролизе раствора нитратов меди и серебра? Электродные потенциалы:

18. Через раствор нитрата серебра пропущен ток силой 1 А в течение 1 с. Сколько серебра выделилось? Какое вещество образовалось на другом электроде?

19. Через раствор сульфата меди пропущен ток силой 0,5 А в течение 1 мин. Сколько меди выделилось? Какое вещество образовалось на другом электроде?

20. Как долго следует пропускать ток силой 1 А через раствор сульфата меди, чтобы осадить 1 г меди?

21. Через 1 л 1М раствора сульфата меди при 25 °С и давлении 100 000 Па пропущен постоянный ток силой 2 А в течение 1 ч. Сколько меди выделилось?

22. Чтобы избежать смешения продуктов при электролизе водного раствора хлорида натрия, перегородку между приэлектродными растворами изготовили из нержавеющей стали. Как будет действовать этот электролизер?

23. Проводят электролиз разбавленного раствора хлорида натрия. Вначале на аноде выделяется чистый хлор, позже смесь хлора с кислородом и затем только кислород. Объясните причину такой последовательности выделения газов.

24. Три электролизера, содержащие растворы FeCl₃, CuCl₂ и NaCl, соединены последовательно. Через цепь пропущено 96 485 Кл электричества. Сколько хлора и металла выделится в каждом электролизере?

25. Многократной перегонкой приготовили очень чистую дистиллированную воду. Можно ли электролизом получить из такой воды очень чистые водород и кислород?

26. Через электролизер с раствором сульфата меди CuSО₄ пропустили 96 485 Кл электричества. Сколько меди выделилось на электроде? Теперь соединили последовательно два точно таких же электролизера и пропустили 96 485 Кл электричества. Сколько всего меди выделилось в обоих электролизерах? Точно так же соединили три электролизера и пропустили то же количество электричества. Сколько всего меди выделилось? А если соединить последовательно 4, 10 или бесконечно большое число электролизеров, сколько всего меди может быть выделено? Из этого вытекает, что, соединяя последовательно несколько (или бесконечно большое число) электролизеров, можно, пропуская одно и то же количество электричества, получить любое (даже бесконечно большое) количество меди. Может ли такое быть в природе?

27. Представьте себе, что вы заряжаете разрядившийся за зиму аккумулятор. Вы подаете на аккумулятор ток силой 4 А. Вычислите, сколько веществ (каких?) образуется при пропускании через аккумулятор количества электричества в 1 А•ч. Как долго следует пропускать электрический ток?
Вы знаете, как решить задачу! Вы могли забыть уравнения электродных реакций. Посмотрите текст и выпишите уравнения. Постарайтесь решить задачу самостоятельно и не читайте дальше. Если вы не смогли приступить к решению, мы вам подскажем и приведем некоторые ответы.
Поскольку пропускается ток силой 4 А, то продолжительность зарядки аккумулятора будет в четыре раза короче – 15 мин.
По условию задачи через аккумулятор пропущено количество электричества, равное 1 А•ч, или 3600 А•с. Вы помните, что 1 Кл = 1 А•1 с, следовательно, через аккумулятор было пропущено
3600 Кл электричества.
Теперь следует записать уравнения электродных реакций. В тексте § 8.2 даны уравнения реакций при разрядке аккумулятора. Для зарядки перепишем их в противоположном направлении:

PbSO₄ (кр.) + 2е = Pb + ,

PbSO₄ (кр.) + 2Н₂О – 2е = PbO₂ + 4H⁺ + .

Поскольку в каждой реакции принимает участие по два электрона, то на образование 1 моль свинца потребуется не 96 485 Кл электричества, а в два раза больше – 192 970 Кл. Это количество электричества выделит 1 моль свинца, т.е. 207,2 г (атомная масса свинца).

Составляем соотношение:

192 970 Кл  —————— 207,2 г Pb,
3600 Кл —————— х г Pb.

Откуда х = 3600•207,2/192 970 = 3,865 г.
Таким образом, за 15 мин зарядки аккумулятора током 4 А образуется 3,865 г Pb.
Теперь сами рассчитайте, сколько образовалось диоксида свинца и серной кислоты и сколько потребовалось на это сульфата свинца.

Ответ. 4,46 г PbO₂ и 3,66 г H₂SO₄. При расчете количества использованного сульфата свинца обратите внимание, что он принимает участие в реакциях одновременно на двух электродах. Сульфат-ион образуется на обоих электродах, что дает 2 моль серной кислоты.

28. Переведите на русский язык.

Matter is composed of electrically charged particles, and so it is not surprising that it is possible to convert chemical energy into electrical energy and vice versa. The study of these interconversion processes is an important part of electrochemistry, which is broadly concerned with the relationship between electrical energy and chemical change.
If the zinc and copper electrodes are connected directly to each other through the external circuit, electrons leave the zinc metal and travel through this circuit to the copper electrode, where they accepted by Cu²⁺ ions at its surface. These ions are reduced and the resulting copper atoms deposit on the surface of the copper electrode. In this cell the zinc electrode is called an anode. An anode is an electrode at which oxidation takes place. The copper electrode is a cathode, an electrode at which reduction takes place. Actually, the cathode could be made of any inert but electrically conducting material, such as platinum or graphite.

The surface of almost any metal begins to decay more or less rapidly when it comes into contact with the gaseous or liquid medium surrounding it. This is due to chemical interaction between the metal and the gases contained in the air, or the water and the substances dissolved in it. Any process of chemical decay of metals due to the action of surrounding medium is called corrosion.
The simplest case of corrosion is that which occurs when metals come into contact with gases. The surface of the metal becomes coated with the corresponding compounds, namely, oxides, sulphides, basic carbonates, which often form a compact layer protecting the metal from further attack by the gases.
It is different when the metal is in contact with a liquid medium, say water, and the substances dissolved in it. The compounds formed in this case may dissolve, allowing corrosion to penetrate farther into the metal. Besides, water containing dissolved salts is conductor of electrical current. This promotes electrochemical processes which are one of the main causes of rapid corrosion.

Electrolysis is the chemical process which takes place when an electric current is passed through a solution of electrolyte or through the molten electrolyte. When an electric current passes through an electrolyte solution, the positive ions move towards the cathode, and the negative towards the anode, where they are discharged.
When the electrodes are made of an inert material, such as graphite, ions are discharged both at the cathode and at the anode. But if the anode consists of a metal, the process takes a different course. In this case ions will be discharged only at the cathode; at the anode, on the other hand, metal ions will pass into the solution.
Soluble anodes are widely used for coating metals with one another by galvanic means. The object, to be plated by some metal, say silver, is immersed in a solution of a silver salt, where it serves as the cathode, a piece of metallic silver being used as the anode. Current is then passed through until a layer of silver of sufficient thickness is deposited on the surface of the object.
One of the important technical applications of electrolysis is galvanoplastics, a method of obtaining exact metallic replicas of relief objects by depositing a more or less thick layer of metal electrolytically on their surface. This method was discovered by the Russian Academician B.Yacoby (1801–1874). The first practically important use of galvanoplastics in Russia was the production of fine cliche’s for printing various state papers, including paper currency.