Физическая химия : электрохимия
Покупка
Тематика:
Электрохимия
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 1998
Кол-во страниц: 59
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
Артикул: 752318.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Руководство предназначено для выполнения домашнего задания по электрохимии - одному из разделов курса "Физическая химия". Оно содержат 10 многовариантных задач, посвященных расчетам химического равновесия в растворах электролитов и термодинамике гальванических элементов. Пособие включает также подробный разбор и решение некоторых типов задач. Методические указания составлены таким образом, что могут быть использованы студентами всех факультетов при подготовке к практическим занятиям, решения задач при самостоятельной проработке материала и для выполнения домашних заданий по разделу "Электрохимия".
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 04.03.01: Химия
- 04.03.02: Химия, физика и механика материалов
- 11.03.04: Электроника и наноэлектроника
- ВО - Специалитет
- 04.05.01: Фундаментальная и прикладная химия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
№622 м о с к о в с к и й ГОСУДАРСТВЕННЫЙ И11СТУ1ТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ (ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Кафедра физической химии Андреев Л.А., Новикова Е.А., Малютина Г,Л, Одобрено методическим советом института Физическая химия Раздел: Электрохимия Методические указания по вьтолнению домашнего задания для студентов специальностей 090300, 110200,110500, 111000, 330100, 330200 Под редакцией проф. Б.С.Бокштейна Москва 1998
АННОТАЦИЯ Руководство предназначено для выполнения домашнего задания по электрохимии - одному из разделов курса "Физическая химия". Оно содержат 10 многовариантных задач, посвященных расчетам химического равновесия в растворах электролитов и термодинамике гальванических элементов. Пособие включает также подробный разбор и решение некоторых типов задач. Методические указания составлены таким образом, что могут быть использованы студентами • всех факультетов при подготовке к практическим занятиям, решения задач при самостоятельной проработке материала и для выполнения домашних заданий по разделу "Электрюхимия**. О Московский госуд|фственны1{ институт стали и сплавов (МИСиС), 1998.
Ашфеев Л.А., Новикова Е.Л., Малютина Г.Л. ЗАДАЧА № 1 Для сильного электролита АоВр, находящегося в водном растворе: а) написать вьфажение активности через активности ионов ац., а_, концентрации и коэффициенты активности ионов m*, m_, Y+ И Y-» концентрацию электролита т и средний ионный коэффициенг активности Y±; б) по данным таблицы 1 вычислить средний ионный коэффициент Yt этого электролита, если его концентрация m и в растворе присутствует посторонний электролит C^Dg с концентрацией т'; в) на основе полученных результатов вычислить активность АдВр в указанном растворе. Вариант 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 Молекула электролита АаВр 2 Pb(NOj)2 А1(С10з)з ZnCl. LaBfj LaClj Cd(N0j)2 КзРе(СМ)б А1С1з K4Fe(CNf)6 ZnCNOjb Сг2(504)з Na2S04 Pb(N03)2 H2SO4 Cu(N03)2 Al2(S04)3 C0CI2 Концентрация AoBp в растворе, m, моль/1000г. 3 0,003 •0,004 0,002 0,006 0,005 0,006 0,003 0,003 0,004 0,002 0,002 0,003 0,004 0,003 0,002 0,002 0,003 Формула постороннего электролита C.De 4 КС1 CUSO4 NiS04 ZnS04 Al2(S04)3 AgNOj KBr HCl AgN03 NaCl SnCl: ZnCb FeCb AgNOj CdCb HCl NazSO* Концентрация CjDs в растворе, m', моль/1000 г. 5 0,01 0,02 0,01 0,006 0,001 0,004 0,005 0,002 0,002 0,01 0,005 0,006 0,004 0,002 0,005 0,007 0,002
Методические указания 1 18 19 20 21 72 23 24 25 26 27 28 29 30 2 СГ2(804)з ВаСЫОзЪ K2SO4 NaCl сасыозъ AfoS04 РЬ(КОзЬ Си(ЫОз)2 NiCNOjb СаСЬ ZnBr2 Т1С1 CuCb 3 0,004 0,002 0,003 0,005 0,004 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,003 0,005 0,002 Продолжение таблицы 1 4 ККОз NaCl KCl Al2(S04)3 ICNO3 KCl Ag2S04 CdCb KCl LiCl CUSO4 Pb(N03)2 AICI3 5 0,003 0,002 0,003 0,002 0,004 0,003 0,001 0,002 0,004 0,005 0,004 0,002 0,001 Пояснения к решению задачи №1 При вычислении величины активности сильного электролита в растворе требуется умение выгражатъ эту величину через концентрации {пи, mJ) и коэффициенты активности (у>, у.) ионов в растворе, а также через концентрацию электролита в растворе т и средний ионный коэффициент активности электролита у^. Активность сильного электролита а, имеющего формулу АаВр, который диссоцшфует по уравнению А«.Вр«аА^+ + Р В rZ> (1.1) выраженная через активности катионов си и анионов о. в растворе, по определению, равна - ^<» а= а «?. (1.2)
Андреев Л А , Новикова Е А . Малкпхна Г Л. ИЛИ, если активность ионов выражена через их концентрации т«, т . и коэффициенты активности у>, у_, то есть д+ * /я> у^. и о_ » /я. у-, то уравнение (1 2) примет вид: а = ( т . . у . Г . ( т . . у . ) Р . (1.3) Если концентрация электролита в растворе т, то согласно уравнению (1.1), концентрация катионов т> = (хт, а концентрация анионов т_= Рт, поэтому выражение (3) можно представить в виде о = а'*.рР.т'^*^у5^ . у^ . (1.4) Введем понятие среднего ионного коэффициента активности электролита yt, представляющего собой среднее геометрическое из коэффициентов активности ионов электролита Yt-(Y;.Y^)"^^*^> . (1.5) После подстановки yt в уравнение (1.4), получим *а = а'*.рРт*^.у5"'Р. (1.6) Средний ионный коэффициент активности можно вычислить, предварительно определив коэффициенты активности ионов у* и у_. Для этого следует по данным таблицы 1 построить графики зависимости коэффициентов активности от величины ионной силы, и, зная величин\ ионной силы, путем интерполяции найти величины yi для ионов соответствующей валентности. Ионная сила раствора определяется уравнением I^Vl^mrZ} . (1.7) где т,- - концентрация ионов и Z/ - их валентности.
Методические указания Для раствора, например, содержащего AlCb с концетрацией т » 0,005 моль/1000 г и Сг2(804)з с концентрацией /я»0,004 моль/1000 г / - 1/2[0,005 • 3^ + 3 • 0,005 • 1^ + 2 • 0,004 3^ + 3 0,004 • 2^]-0,09 моль/1000 г. Коэффициент активности ионов А1^ в этом растворе, согласно графику Уш "Л^» У* " 0»22, а для ионов СГ , согласно графику yi "Х^» У- " 0,81 и» следовательно У*-^0.81^ 0,22 «0,58
Андреев Л А., Новиком Е.А., Малютина Г.Л. ЗАДАЧА № 2 Известно произведение растворимости труднорастворимого соединения А; растворенного в воде при температуре Г К. Вычислить: 1) растворимость А в воде, приняв, что насыщенный раствор А является бесконечно-разбавленным, 2) растворимость А в водном растворе сильного электролита В с концеьгграцией последнего гпщ, 3) растворимость А в водном растворе сильного электролита С с концентрацией т^ Вариа»п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Формула соединения А 2 А1(ОН)з Ag:S BaSOj Cd(OH): Fe(OH): Ni(OH): Pb(OH): AgCl Cu(OH): CdCOj Pb(J04): CuCOj AgJ Zn(OH)2 Sr€03 CdS RaS04 AgBr Произведение растворимости L 3 4 - Ю - » 2,5 • 10'^^ 9,5 10'"^ 1.7- 10"" 1.4 • 10'* 1,3- 10'^ 5 • 10"'^ 1,56 10 '° 2,2 • 10"^° 2,5 • 10"'* 1,2- 10"'^ 2,36 • lO'^ 1,0- 10"'^ 1,0- 10'" 9,4 10"'° 1,2- 10"^* 4,25 • 10'" 5,3 • 10"'^ Температура Г, К 4 298 298 298 298 298 298 298 298 298 298 298 298 298 298 298 298 293 298 Электрол1гг В формула моль/1000 г 5 AlClj AgN03 ВаСЬ CdS04 FeCb Na(OH) Pb(N03b AgNOj CUSO4 CdS04 PbCNOib CUSO4 KJ ZnS04 Sr(N03)2 CdS04 Al2(S04)3 Na02 6 0,005 0,004 0,01 0,006 0,002 0,007 0,009 0,007 0,01 0,003 0,002 0,004 0,01 0,007 0,004 0,002 0,001 0,008 Электролит С формула fncy моль/1000 г 7 AgNOj KNOj NaCl N82804 CsCl CaCb LiNO, KNO3 NaCl KCl ЬаВгз KNOj LiS04 N32804 KNO3 K2SO4 KNO3 LaNGj 8 0,01 0,02 0,005 0,003 0,004 0,005 0,006 0.009 0,004 0.005 0,002 0,003 0,005 0,002 0,002 0,003 0,005 0,002
Методические указания 1 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 2 BaS04 СаРз FeS AgCN Mg(OH)2 СоСОз PbS ZnS NiS MnS CuCNS MnCOj FeCO, РЬСЮ4 3 1,08- 10"'** 3,4 5,0 7,0 5,5 1,6 1,0 1,1 i.o 1,7 1.6 1.0 2.5 1,8 10-'^ 10-'* 1 0 ' ' .10'^ 10-'^ 10-^» 10-2^ 10-^' 10-** 10-" 10-»* 10-" 10-*^ 4 298 291 298 298 298 298 298 298 298 293 291 298 291 291 5 Na2S04 CaS04 FeCb Ag2S04 MgS04 C0SO4 K2S NazS K2S NajS KCNS NaaCOa FeCh К2СЮ4 Продолжение таблицы 6 0,007 0,010 0.004 0,002 0,003 0,004 0,003 0,002 0,003 0,002 0,003 0,001 0,004 0,002 7 AgNOj NaNOa NaCI KNO3 K2(S04) K2CO3 NaN03 KNO3 НаМОз KjS KCl KCl NaCl KNO, 8 0,004 0,003 0,002 0,002 0,002 0,003 0,003 0,002 0,004 0,003 0,004 0,003 0,002 0,005 Пояснения к решению задачи № 2 Решение задачи № 2 рассмотрим на примере труднорастворимого соединения Ag2CЮ4. Согласно справочным данным, произведение растворимости (иначе "произведение активностей") Ag2CЮ4 при 298К I » 2,00 • 10"'^ (моль/1000 г)'. Растворение твердого Ag2CЮ4 в воде и водных растворах 1фотекает по уравнению Ag2CЮ4(s)-2Ag* + CЮ4'" . (2.1) Тогда, согласно определению, произведение растворимости Ag2CЮ4, выраженное через активности ионов следует записать в вцде
Андреев Л.А., Новикова ЕЛ., Малютина Г.Л. Ag^ СгОЗ или, выражая активности ионов через их концентрации т + ^ Ag т 2- " коэффициенты активности у ц. и у^_^2- "^ виде СЮ4 Ag СЮ4 ^ ° < ' " А 8 * ^ ^ ' ^ ' " С Ю З - Т С Ю 2 - ) - <"> Концентрации ионов можно выразить через концентрацию трухшорастворимого электролига в растворе т-"растворимость''. Согласно (2.1) /и . = 2т и m _^2-~ ^- Используя эти соотношения, а Ag СЮ4 также величину среднего ионного коэффициента электролита у* (в рассматриваемом случае у± = з/у ^ • У^^^г- ). получим I = 4mV • (2.4) В общем случае, для того, чтобы по формуле (2.4) и известной величине L вычислить растворимость соединения в воде т^ нужно знать зависимость у^. = yt('w). Ыасыщеиные растворы труднорастворимых соединений, характеризуемые произведением растворимости, обычно являются сильно разбавленными. Для таких водных растворов, согласно теории Дебая-Хюккеля, эта зависимость может быгь представлена уравнением logy^ =-0,509 Z + Z . ' V / , (2.5) где Z+ и ZL - абсолютные величины валентностей катиона и аниона; logyi - десятичный логарифм коэффициента активности; / - ионная сила раствора.
Методические указания Если сильный электролит имеет формулу К^^^- (здесь v^ и v_ число катионов и анионов в молекуле) и диссоциирует в растворе по уравнению Kv^Av_ =v^K^-^ -f-v.A^' (2.6) то ио1шую силу раствора, содержащего только этот электролигт, можно представить уравнением V7 = 2 2\ 1/2 •V'"0 (2.7) и, следовательно. logYi ==-^.509 •Z^.-Z^ 2 ; 1/2 У1Щ . (2.8) Для рассматриваемого соединения Ag2CЮ4 logYi«4),509-2 1 ^2-1^^1.22 ^''' Vwo--b763V^ . (2.9) илш Yi - хо"^-'^^^-^ (2.10) После подстановки (2.10) в (2.4), для Ag2CЮ4 в воде получим 2,00-10-^2 « 4 . т ^ . е " ^ ' ' " ^ ^ ^ ^ . (2.11) 10
Доступ онлайн
В корзину