(2)Обозначим количество цинка в сплаве – х моль, а количество алюминия – у моль. Тогда масса цинка будет равна 65х (m = n · M), а масса алюминия 27у. По условию задачи масса смеси равна 42,2 г, следовательно: 65х + 27у = 42,2. По уравнению (1) количество вещества цинка, вступившего в реакцию, равно количеству водорода, образовавшегося в результате взаимодействия, тогда объем водорода равен 22,4х (V = n · Vm). По уравнению (2) соотношение n(Al) : n(H2) равно 2 : 3, тогда объем водорода равен 1,5 · 22,4х = 33,6y.По условию задачи объем выделившегося водорода равен 17,92 л, поэтому:22,4х + 33,6у = 29,12.Получили систему уравнений с двумя неизвестными:65х + 27у = 42,2022,4х + 33,6у = 29,12.Решив систему уравнений методом подстановки, найдем значение у, равное 0,6 моль; масса алюминия составляет:m (Al) = n (Al) · M (Al) = 0,6 · 27 = 16,2 (г).Тогда масса цинка равна:m (Zn) = m (смеси) – m (Al) = 42,2 – 16,2 = 26,0 (г).
Определить э.д.с. химического гальванического элемента и концентрационного гальванического элемента. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этих элементов?
Хим.Au / AuCI3 (0,1M) // Cd(NO3)2 (0,01M) / Cd
КонцZn / ZnSO4 (0,01M) // ZnSO4 (0,1M) / Zn
Рассмотрим сначала химический гальванический элемент, гальваническая пара Сd - Au. Стандартный электродный потенциал кадмия φ⁰(Сd²⁺/Cd⁰) = - 0,403 B. Кадмиевый электрод в данном гальваническом элементе будет анодом.
Стандартный электродный потенциал золота φ⁰(Аu³⁺/Au⁰) = + 1,498 B. Золотой электрод в данном гальваническом элементе будет катодом.
(–)Cd⁰ │ Cd²⁺ ││ Аu³⁺ │Аu⁰ (+)
При замкнутой цепи электроны будут перемещаться по внешней цепи от анода к катоду.
При работе гальванического элемента на аноде протекает процесс окисления кадмия: Сd --> Cd²⁺ + 2 ē.
Электроны по проводнику переходят на золотой электрод, на котором протекает процесс восстановления ионов золота: Аu³⁺ + 3ē = Аu.
Реальные потенциалы золотого и кадмиевого электродов можно рассчитать по формуле Нернста:
0,0591
E (Au³⁺/Au⁰) = E° (Au³⁺/Au⁰) + ×lg [Au³⁺] =
3
= + 1,498 + 0,0591/3 ×lg 0,1 = 1,4783 В
0,0591
E (Cd²⁺/Cd⁰) = E° (Cd²⁺/Cd⁰) + ×lg [Cd²⁺] =
2
= - 0,403 + 0,0591/2 ×lg 0,01 = - 0,4621 В
Для определения ЭДС элемента нужно из потенциала катода вычесть потенциал анода.
ЭДС = 1,4783 В - (- - 0,4621 В) = 1,9404 В.
Концентрационными называют гальванические элементы, построенные из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы с разной активностью потенциалобразующих ионов. В нашем случае два цинковых электрода помещены в растворы с разной активностью ионов цинка:
(- ) Zn │ ZnSO4 ││ ZnSO4 │Zn (+)
c = 0,01 М с = 0,1 М
Zn⁰ --> Zn²⁺ + 2ē Zn²⁺ + 2ē = Zn⁰
Э. д. с. в таких элементах возникает за счет работы выравнивания концентраций в обоих растворах. Электрод, погруженный в более разбавленный раствор, посылает в него ионы Zn²⁺ и заряжается при этом отрицательно. А на электроде, погруженном в более концентрированный раствор, ионы Zn²⁺ осаждаются,
заряжая электрод положительно. Таким образом, обоих электродах самопроизвольно идут процессы в направлении выравнивания концентраций. Электроны по внешней цепи направляются от более разбавленного раствора к более концентрированному. Как только концентрация ионов вокруг анода и катода сравняются работа концентрационного гальванического элемента прекращается.
Величина ЭДС концентрационного элемента при 25° С, если концентрация ионов цинка в растворах равна 0,01 моль/л и 0,1 моль/л может быть рассчитана по уравнению:
Дано:
m (Zn+Al) = 42,20 гV (H2) = 29,12 лМ (Zn) = 65 г/мольМ (Al) = 27 г/моль
Найти:
ω (Zn)ω (Al)Решение: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
(1)2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
(2)Обозначим количество цинка в сплаве – х моль, а количество алюминия – у моль. Тогда масса цинка будет равна 65х (m = n · M), а масса алюминия 27у. По условию задачи масса смеси равна 42,2 г, следовательно: 65х + 27у = 42,2. По уравнению (1) количество вещества цинка, вступившего в реакцию, равно количеству водорода, образовавшегося в результате взаимодействия, тогда объем водорода равен 22,4х (V = n · Vm). По уравнению (2) соотношение n(Al) : n(H2) равно 2 : 3, тогда объем водорода равен 1,5 · 22,4х = 33,6y.По условию задачи объем выделившегося водорода равен 17,92 л, поэтому:22,4х + 33,6у = 29,12.Получили систему уравнений с двумя неизвестными:65х + 27у = 42,2022,4х + 33,6у = 29,12.Решив систему уравнений методом подстановки, найдем значение у, равное 0,6 моль; масса алюминия составляет:m (Al) = n (Al) · M (Al) = 0,6 · 27 = 16,2 (г).Тогда масса цинка равна:m (Zn) = m (смеси) – m (Al) = 42,2 – 16,2 = 26,0 (г).
Рассчитаем массовые доли металлов в смеси: W=m(Zn)\m(смеси)=26,0\42.2 *100%=61,6W=m(Al)\m(смеси)=16,2\42,2 *100%=38,4ответ: ω (Zn) = 61,6 %, ω( Al) = 38,4 %.
Объяснение:
Определить э.д.с. химического гальванического элемента и концентрационного гальванического элемента. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этих элементов?
Хим.Au / AuCI3 (0,1M) // Cd(NO3)2 (0,01M) / Cd
КонцZn / ZnSO4 (0,01M) // ZnSO4 (0,1M) / Zn
Рассмотрим сначала химический гальванический элемент, гальваническая пара Сd - Au. Стандартный электродный потенциал кадмия φ⁰(Сd²⁺/Cd⁰) = - 0,403 B. Кадмиевый электрод в данном гальваническом элементе будет анодом.
Стандартный электродный потенциал золота φ⁰(Аu³⁺/Au⁰) = + 1,498 B. Золотой электрод в данном гальваническом элементе будет катодом.
(–)Cd⁰ │ Cd²⁺ ││ Аu³⁺ │Аu⁰ (+)
При замкнутой цепи электроны будут перемещаться по внешней цепи от анода к катоду.
При работе гальванического элемента на аноде протекает процесс окисления кадмия: Сd --> Cd²⁺ + 2 ē.
Электроны по проводнику переходят на золотой электрод, на котором протекает процесс восстановления ионов золота: Аu³⁺ + 3ē = Аu.
Реальные потенциалы золотого и кадмиевого электродов можно рассчитать по формуле Нернста:
0,0591
E (Au³⁺/Au⁰) = E° (Au³⁺/Au⁰) + ×lg [Au³⁺] =
3
= + 1,498 + 0,0591/3 ×lg 0,1 = 1,4783 В
0,0591
E (Cd²⁺/Cd⁰) = E° (Cd²⁺/Cd⁰) + ×lg [Cd²⁺] =
2
= - 0,403 + 0,0591/2 ×lg 0,01 = - 0,4621 В
Для определения ЭДС элемента нужно из потенциала катода вычесть потенциал анода.
ЭДС = 1,4783 В - (- - 0,4621 В) = 1,9404 В.
Концентрационными называют гальванические элементы, построенные из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы с разной активностью потенциалобразующих ионов. В нашем случае два цинковых электрода помещены в растворы с разной активностью ионов цинка:
(- ) Zn │ ZnSO4 ││ ZnSO4 │Zn (+)
c = 0,01 М с = 0,1 М
Zn⁰ --> Zn²⁺ + 2ē Zn²⁺ + 2ē = Zn⁰
Э. д. с. в таких элементах возникает за счет работы выравнивания концентраций в обоих растворах. Электрод, погруженный в более разбавленный раствор, посылает в него ионы Zn²⁺ и заряжается при этом отрицательно. А на электроде, погруженном в более концентрированный раствор, ионы Zn²⁺ осаждаются,
заряжая электрод положительно. Таким образом, обоих электродах самопроизвольно идут процессы в направлении выравнивания концентраций. Электроны по внешней цепи направляются от более разбавленного раствора к более концентрированному. Как только концентрация ионов вокруг анода и катода сравняются работа концентрационного гальванического элемента прекращается.
Величина ЭДС концентрационного элемента при 25° С, если концентрация ионов цинка в растворах равна 0,01 моль/л и 0,1 моль/л может быть рассчитана по уравнению:
2,303 R T 0,1 2,303 · 8,314· 298
ЭДС = × lg = × lg 10 = 0,0591 В
F 0,01 96500