Химические источники энергии

Химические источники энергии

711.Гальванические элементы – устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую. Простейшим гальваническим элементом является элемент Даниэля-Якоби, разработанного в 1836 году. Элемент Даниэля-Якоби представляет собой медно-цинковый элемент. Медный и цинковый электроды погружены в растворы своих солей и образуют полуэлементы, их разграничивает пористая перегородка, препятствующая смешению растворов, но пропускающая сульфат-анионы.

анод (-) Zn|ZnSO4, H2O||CuSO4 , H2O |Cu(+) катод

(-) Zn – 2e- = Zn2+

(+) Cu2+ + 2e- = Cu

Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu

Источником электрического тока при работе этого элемента является пространственно разделенная окислительно-восстановительная реакция вытеснения более активного металла менее активным из его соли.

712.При работе гальванических элементов стандартными называют условия Т = 298 К, Р = 1.013*105 Па Химические источники энергии, концентрация катионов соли в растворе – 1 г-ион/л. Элемент Даниэля-Якоби представляет собой медно-цинковый элемент. Медный и цинковый электроды погружены в растворы своих солей и образуют полуэлементы, их разграничивает пористая перегородка, препятствующая смешению растворов, но пропускающая сульфат-анионы.

анод (-) Zn|ZnSO4, H2O||CuSO4 , H2O |Cu(+) катод

(-) Zn – 2e- = Zn2+

(+) Cu2+ + 2e- = Cu

Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu

ЭДС = E0(Cu2+/Cu) - E0(Zn2+/Zn) = 0.34 – (-0.76) = 1.10 В.

713.Электрод – металлическая пластина ,контактирующая с электролитом, являющаяся передатчиком электронов от восстановителя к внешнему проводнику и от внешнего проводника к окислителю. Положительно заряжен катод, на котором протекает реакция восстановления (Cu2+ + 2e- = Cu). Отрицательно заряжен анод, на котором протекает Химические источники энергии реакция окисления (Zn - 2e- = Zn2+).

714.В основу работы гальванического элемента можно положить реакции: Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu, Fe + Pb2+ = Fe2+ + Pb, KMnO4 + FeSO4 + H2SO­4 = MnSO­4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O, K2Cr2O7 + K2SO3 + H2SO­4 = Cr2(SO­4)3 + K2SO4 + H2O.

анод (-) Zn|ZnSO4, H2O||CuSO4 , H2O |Cu(+) катод

(-) Zn – 2e- = Zn2+

(+) Cu2+ + 2e- = Cu

Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu

715.В основе расчета ЭДС лежит термодинамический принцип.

анод (-) Zn|ZnSO4, H2O||CuSO4 , H2O |Cu(+) катод

(-) Zn – 2e- = Zn2+

(+) Cu2+ + 2e- = Cu

Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu

ЭДС = E0(Cu2+/Cu) - E0(Zn2+/Zn) = 0.34 – (-0.76) = 1.10 В.

(-)Zn|ZnSO4||AgNO3|Ag(+)

Cн Химические источники энергии(ZnSO4)=0.01н., Cн(AgNO3)=0.1н.,T = 27oC =300 K

(-) Zn – 2e- = Zn2+

(+) Ag1+ + 1e- = Ag Zn +2Ag1+ = Zn2+ + Ag

[Zn2+] = Cм(ZnSO4) = Сн/2 = 0.01/2 = 0.005 моль/л

[Ag+] = Cм(AgNO3) = Сн = 0.1 моль/л

ЭДС = E(Ag+/Ag) - E(Zn2+/Zn) = E0(Ag+/Ag) - E0(Zn2+/Zn) + = -0.8 – (-0.76) + = 1.58B

716.

Дано: Cн(ZnSO4)=0.01н. Cн(AgNO3)=0.1н. T = 27oC =300 K ЭДС = ?. (-)Zn|ZnSO4||AgNO3|Ag(+) (-) Zn – 2e- = Zn2+ (+) Ag1+ + 1e- = Ag Zn +2Ag1+ = Zn2+ + Ag [Zn2+] = Cм(ZnSO4) = Сн/2 = 0.01/2 = 0.005 моль/л [Ag+] = Cм(AgNO3) = Сн = 0.1 моль/л ЭДС = E(Ag+/Ag) - E(Zn2+/Zn) = E0(Ag+/Ag) - E0(Zn2+/Zn) + = -0.8 – (-0.76) + = 1.58B

717.

Дано: Cн(Mg(NO3)2)=0.2н. Cн(SnSO4) = 0.03н Химические источники энергии. T = 17oC = 290 K ЭДС = ?. (-)Mg|Mg(NO3)2||SnSO4|Sn(+) (-) Mg – 2e- = Mg2+ (+) Sn2+ + 2e- = Sn Mg + Sn2+ = Mg2+ + Sn [Mg2+] = Cм(Mg(NO3)2) = Сн/2 = 0.2/2 = 0.1 моль/л [Sn2+] = Cм(SnSO4) = Сн/2 = 0.03/2 = 0.015 моль/л ЭДС = E(Sn2+/Sn) - E(Mg2+/Mg) = E0(Sn2+/Sn) - E0(Mg2+/Mg) + = -0.14 + 2.37 + = 2.21 В.

718.

Дано: Cн(Fe(NO3)2)=0.03н. Cн(Pb(NO3)2)=0.1н. T = 37oC = 310 K ЭДС = ?. (-)Fe|Fe(NO3)2|| Pb(NO3)2|Pb(+) (-) Fe – 2e- = Fe2+ (+) Pb2+ + 2e- = Pb Fe + Pb2+ = Fe2+ + Pb [Fe2+] = Cм(Fe(NO3)2) = Сн/2 = 0.03/2 = 0.015 моль/л [Pb2+] = Cм(Pb(NO3)2) = Сн/2 = 0.1/2 = 0.05 моль/л ЭДС = E(Pb2+/Pb) - E(Fe2+/Fe) = E0(Pb2+/Pb Химические источники энергии) - E0(Fe2+/Fe) + = -0.13 + 0.45 + = 0.34 В.

719.

Дано: Cн(MnCl2)=0.01н. Cн(CdCl2)= 0.5н. T = 25oC = 298 K ЭДС = ?. (-)Mn|MnCl2||CdCl2|Cd(+) (-) Mn – 2e- = Mn2+ (+) Cd2+ + 2e- = Cd Mn+ Cd2+=Mn2+ +Sn [Mn+] = Cм(MnCl2) = Cн/2 = 0.01/2 = 0.005 моль/л [Cd2+] = Cм(CdСl2) = Сн/2 = 0.05/2 = 0.025 моль/л ЭДС = E(Cd2+/Cd) - E(Mn2+/Mn) = E0(Cd2+/Cd) - E0(Mn2+/Mn) + = -0.40 + 1.17 + = 0.749 В.

720.



Дано: Cн(NiCl2) = 0.04н. Cн(CuCl2)= 0.08н. T = 65oC = 338 K ЭДС = ?. (-)Ni|NiCl2||CuCl2|Cu(+) (-) Ni – 2e- = Ni2+ (+) Cu2+ + 2e- = Cu Ni + Cu2+ = Ni2+ + Cu [Ni2+] = Cм(NiCl2) = Сн/2 = 0.04/2 = 0.02 моль/л [Сu2+] = Cм(CuCl2) = Сн /2= 0.08/2 = 0.04 моль/л ЭДС = E(Cu2+/Cu) - E(Ni2+/Ni Химические источники энергии) = E0(Cu2+/Cu) - E0(Ni2+/Ni) + = 0.34 + 0.25 + = 0.6 В.

721.

Дано: Cн(Cd(NO3)2)=0.06н. Cн(AgNO3) = 0.05н. T = 57oC = 330 K ЭДС = ?. (-)Cd|Cd(NO3)2||AgNO3|Ag(+) (-) Cd – 2e- = Cd2+ (+) Ag+ + e- = Ag Cd + 2Ag+ = Cd2+ + 2Ag Cd + 2AgNO3 = Cd(NO3)2 + 2Ag [Cd2+] = Cм(Cd(NO3)2) = Сн/2 = 0.06/2 = 0.03 моль/л [Ag+] = Cм(AgNO3) = Сн = 0.05 моль/л ЭДС = E(Ag+/Ag) - E(Cd2+/Cd) = E0(Ag+/Ag) - E0(Cd2+/Cd) + - = 0.8 + 0.4 + - = 1.15 В

722.

Дано: Cн(Sn(NO3)2)=0.07н. Cн(Hg(NO3)2)=0.09н. T = 23oC = 290 K ЭДС = ?. (-)Sn|Sn(NO3)2||Hg(NO3)2|Hg(+) (-) Sn – 2e- = Sn2+ (+) Hg2+ + 2e- = Hg Sn + Hg2+ = Sn2+ + Hg Sn + 2Hg(NO3)2 = Sn Химические источники энергии(NO3)2 + Hg [Sn2+]= Cм(Sn(NO3)2) = Сн/2 = 0.07/2 = 0.035 моль/л [Hg2+]= Cм(Hg(NO3)2) = Сн/2 = 0.09/2 = 0.045 моль/л ЭДС = E(Hg2+/Hg) - E(Sn2+/Sn) = E0(Hg2+/Hg) - E0(Sn2+/Sn) + = 0.79 + 0.14 + = 0.94 В

723.

Дано: Cн(Al2(SO4)3)=0.3н. Cн(Bi(NO3)3)=0.3н. T = 33oC = 310 K ЭДС = ?. (-)Al|Al2(SO4)3||Bi(NO3)3|Bi(+) (-) Al – 3e- = Al3+ (+) Bi3+ + 3e- = Bi Al + Bi3+ = Al3+ + Bi [Al3+]= Cм(Al2(SO4)3) = Сн/3 = 0.3/3 = 0.1 моль/л [Bi3+]= Cм(Bi(NO3)3) = Сн/3 = 0.3/3 = 0.1 моль/л ЭДС = E(Bi3+/Bi) - E(Al3+/Al) = E0(Bi3+/Bi) - E0(Al3+/Al) + = 0.2 + 1.62 + = 1.82 В

724.

Дано: Cн(CaCl2) = 0.5 н. Cн(H2SO4)=0.02н. T = 20oC = 293 K ЭДС Химические источники энергии = ?. (-)Ca|CaCl2||H2SO4|H2(Pt)(+) (-) Сa – 2e- = Ca2+ (+) 2H+ + 2e- = H2 Ca + 2H+ = Ca2+ + H2 [Ca2+] = Cн(CaCl2) = 0.5 н = 0.25 моль/л [Н+] = 2Cн(H2SO4) = 0.04 н = 0.02 моль/л ЭДС = E(H+/H2) - E(Ca2+/Ca) = E0(H+/H2) - E0(Ca2+/Ca) + - = 0 + 2.87 + - = 2.79 В.

725.

Дано: Cн(Li2SO4) = 0.1н Cн(AgNO3) = 0.1н T = 0oC = 273 K ЭДС = ?. (-)Li|Li2SO4||AgNO3|Ag(+) (-) Li – 1e- = Li+ (+) Ag+ + 1e- = Ag Li + Ag+ = Li+ + Ag [Li+] = 2Cм(Li2SO4) = Сн = 0.1 моль/л [Ag+] = Cм(AgNO3) = Сн = 0.1 моль/л ЭДС = E(Ag+/Ag) - E(Li+/Li) = E0(Ag+/Ag) - E0(Li+/Li) + = 0.8 + 3.02 + = 3.82 В.

726.Гальванический элемент с Химические источники энергии максимальным значением ЭДС: (-)Li|Li2SO4||AuNO3|Au(+) ЭДС = Eo(Au+/Au) - Eo(Li+/Li) = 1.68+3.02 = 4.7 В

727.

А) Медь – анод. (-)Cu|CuSO4||Ag2SO4|Ag(+) E = E0(Ag+/Ag) - E0(Cu2+/Cu) = 0.8 – 0.34 = 0.46 В.
Б) Медь – катод. (-)Fe|FeSO4||СuSO4|Cu(+) E = E0(Cu2+/Cu) - E0(Fe2+/Fe) - = 0.34 + 0.45 = 0.79 В.

728.KMnO4 + FeSO4 + H2SO­4 = MnSO­4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O.

(-)Fe|Fe2+,Fe3+||MnO4-, Mn2+|Fe(+)

729.K2Cr2O7 + K2SO3 + H2SO­4 = Cr2(SO­4)3 + K2SO4 + H2O.

Cr2O72-,Cr3+:φ0 = 1.33 B, SO32-, SO42-: φ0 = 0.17 B
(-)Pt| SO32-, SO42-, H+|| Cr2O72-,Cr3+, H+ |Pt(+)

730.

(-)Pt, H2| H+|| H+ | H2, Pt(+)
pH Химические источники энергии1 =4 pH2 = 2

pH = -lgC(H+), C1(H+) = 10-2 , C2(H+) = 10-4 . E0 (H2/H+) = 0 B.

E =

731.Концентрационные элементы – гальванические элементы, образованные одинаковыми электродами, опущенными в растворы своих солей разной концентрации.

(-)Cu| CuSO4(C1 = 0.1%)|| CuSO4(C2 = 5.0%) | Cu (+)
ЭДС = (0.059/z)*lg(C2/C1) = (0.059/2)lg(5/0.1) = 0.05 В.

732.Топливный элемент – это гальванический элемент, в котором в качестве активного материала отрицательного электрода используются либо природное топливо (природный газ, содержащий углеводород), либо водород, окись углерода и др. восстановители. Активным материалом положительного материала служит кислород. Токообразующая реакция сводится к окислению топлива.

Водород-кислородный ТЭ разделен электродами на три плоскости – водородную, кислородную и промежуточную, заполненную электролитом. Электроды изготовлены из Химические источники энергии пористого никеля, электролитом является раствор КОН, водород и кислород подаются под давлением 30-75 атм. Элемент работает при Т=2000 С. Схема: (-)Н2| КОН, Н2О| O2(+)

Анод: 2Н2 – 4е- + 4ОН- = 4Н2О, катод: О2 + 4е- + 2Н2О = 4ОН-

Общая реакция: 2Н2 + О2 = 2Н2О.

733. Аккумуляторы – химические источники тока, которые могут быть использованы многократно. Их работоспособность восстанавливается многократно, т.к. в основе их действия лежат химически обратимые процессы. Свинцовый аккумулятор состоит из чередующихся пластин, одна из которых представляет собой PbO2 , а вторая – металлический свинец в виде пористой губки. Пластины погружены в 35-40% раствор серной кислоты. Электрохимическая схема заряженного аккумулятора: (+)PbO2|H2SO4,H2O|Pb(-)

При Химические источники энергии работе (разрядке) протекают реакции: (+)Pb –2e - + SO42- = PbSO4 , (-)PbO2 +2e - + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O.

Электрохимическая схема разряженного аккумулятора: (-)PbSO4|H2SO4,H2O|PbSO4(+)

Протекают процессы: (-)PbSO4+2e - = Pb- + SO42, (+)PbSO4 -2e - + 2H2O.= PbO2+ + SO42- + 4H+

734.

Дано: E(Zn2+/Zn)=-0.81В C(ZnCl2) = 0.07 м. a(ZnCl2) = ?. E(Zn2+/Zn) = Eo(Zn2+/Zn) + = -0.76 + (0.059/2) * lg(i*0.07) = -0.81, следовательно, i = 1.8. a = (i-1)(m-1) = (1.8-1)/(2-1) = 0.8 = 80%, где m – количество ионов, на которые диссоциирует электролит.

735.

Дано: E(Ag+/Ag) = 0.59 В S(Ag2CrO4) = ?. E(Ag+/Ag) = Eo(Ag+/Ag) + = 0.8 + 0.059*lg[Ag+] = 0.59, следовательно, [Ag+] = 2.8*10-4 м. S = = 1.66*10-2

736.

Дано: E(Ag+/Ag)=0.51 В ПР(AgСl) = ?. E Химические источники энергии(Ag+/Ag) = Eo(Ag+/Ag) + = 0.8 + 0.059*lg[Ag+] = 0.51, следовательно, [Ag+] = S = 1.2*10-5 м. ПР = S2 = 1.47*10-10 (S-растворимость)

737.

(-)Mg|Mg2+||Ag+|Ag(+) E = E0(Ag+/Ag) - E0(Mg2+/Mg) = 0.8 + 2.37 = 3.17 B ΔG0 = -zFE = -2*96500*3.17 = -611.81 кДж/моль ΔG0 = -RTlnKp = 8.31*298*lnKp = 611.81, следовательно, Кр = 1.28

738.

(-)Fe|Fe2+||Cu2+|Cu(+) E = E0(Cu+2/Cu) - E0(Fe2+/Fe) = 0.34 - (-0.45) = 0.79 B ΔG0 = -zFE = -2*96500*0.79 = -152.5 кДж/моль ΔG0 = -RTlnKp = 8.31*298*lnKp = 152.5, следовательно, Кр = 5.5*1026.

739.


documentbdkzlth.html
documentbdkztdp.html
documentbdlaanx.html
documentbdlahyf.html
documentbdlapin.html
Документ Химические источники энергии