Хімічний елемент № 30
4.Електронное будова атома.
4.2. Дайте пояснення фізичного змісту всіх індексів у даного хімічного елемента в системі Д.І. Менделєєва (порядковий номер, номер періоду, номер групи, приналежність до групи «А» або «Б»). Визначте можливість «Ефекту провалу електрона».
Рішення.
Порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі - 30. молярна маса елемента дорівнює 65.39 г / моль.
Провал або проскакування електрона для цинку неможливий, оскільки у нього повністю заповнений 3d-підрівень. Провал електрона характерний для міді, срібла, у них кількість d-електронів також дорівнює 10, але s-електрон тільки один. Це можна пояснити підвищеною енергетичною стійкістю електронних структур, що відповідають повністю заповненим енергетичним подуровням. Перехід електрона в атомі міді з 4s на 3d-підрівень призводить до утворення повністю заповненого 3d-підрівня і це енергетично вигідно. У цинку 3d - під рівень заповнений і електрону нікуди переходити.
4.3. Виділіть валентні підрівні в електронній формулі атома хімічного елемента, визначте приналежність хімічного елемента до типу s-, p-, d-, f-елементів.
Рішення.
Покажемо розташування валентних електронів в атомі цинку. Як видно з електронної формули цинк відноситься до d-елементів, оскільки у нього заповнюється 3d-підрівень.
На наведеному малюнку еліпсом виділено розташування валентних електронів.
4.4. Напишіть набори квантових чисел для всіх валентних електронів.
Рішення.
У атома цинку буде два валентних електрона. Запишемо набори квантових чисел для цих електронів. Головне квантове число дорівнює 4 і хімічний елемент знаходиться в 4 періоді періодичної системи хімічних елементів. Оскільки в цинку валентні електрони розташовані тільки на s-підрівні то його орбітальне квантове число має значення рівне 0. Оскільки цих електронів буде 2 то вони мають протилежні спини m s = SYMBOL 177 \ f "Symbol" \ s 10 ± 1 / 2. Оскільки m l = 0 то в елемента не буде інших підрівнів крім s-підрівня.
Набори квантових чисел будуть мати вигляд:
n = 5; l = 0; m l = 0; m s = +1 / 2.
n = 5; l = 0; m l = 0; m s = -1 / 2.
4.5. Визначте приналежність хімічного елемента до металів або неметалів, спрогнозуйте величини ступеня окислення.
Рішення.
Оскільки цинк розташований у другій групі періодичної системи, то він відноситься до металів. У хімічних реакціях він буде проявляти металеві властивості. для металів більш прийнятна віддача електронів. Тому цинк може віддавати два електрони з
4.6. Розподіліть валентні електрони атома хімічного елемента з енергетичних осередкам у відповідності з принципом найменшої енергії і правилом Гунда.
Рішення.
Відповідно до принципу найменшої енергії два валентних електрона атома цинку розташуються на 4s-підрівні, оскільки він має в своєму розпорядженні меншою енергією ніж будь-який інший підрівень. Правило Хунда свідчить, що стійкого стану атома відповідає таке розташування електронів в межах енергетичного підрівня, при якому абсолютне значення сумарного спина атома максимально. Тому ми могли би вважати. Що в одній клітинці будуть електрони з однаково спрямованими спинами. Але це суперечить принципу Паулі. І тому розташування електронів для цинку буде таке як на наведеному нами малюнку:
4.7. Прогнозують тип гібридизація валентних атомних орбіталей при утворенні бінарних сполук (фторидів, хлоридів та ін.)
Рішення.
Розглянемо отримання
Кожен атом фтору, що входить до складу даної молекули, володіє одним неспареним електроном, який і бере участь у створенні ковалентного зв'язку. Атом цинку в не збудженому стані неспарених електронів не має взагалі:
Тому для участі в хімічній сполуці атом цинку повинен перейти в збуджений стан:
Утворився збуджений атом цинку володіє двома не спареними електронами, електронне хмара одного електрона відповідає стану 4s, а іншого станом 4p. При витраті деякої енергії замість вихідних орбіта лей можуть утворюватися дві рівноцінні гібридні орбіталі (sp - орбіталі). У атома цинку в бінарних сполуках буде спостерігатися sp-гібридизація. Гібридні sp-орбіталі будуть витягнуті в протилежних напрямках, як це показано на малюнку.
Рис. 1. Будова молекули ZnF 2.
5. З'єднання даного хімічного елемента з неметалами.
5.2. З галогенами.
Рішення.
Газоподібні фтор, бром, хлор, йод не реагують з цинком на холоду. Але в присутності парів води реакція може проходити з займання металу і виділенням великої кількості теплоти (для фтору 172 ккал, для хлору 95,6 ккал на моль цинку)
В реакції з галогенами отримуємо галоген похідні цинку: фториди, хлориди, бромати.
5.4. З азотом.
Рішення.
З азотом, навіть у парах цинк не реагує, але досить легко реагує при температурі червоного розжарювання з аміаком з виділенням нітриду цинку
5.5. З вуглецем.
Рішення.
Цинк безпосередньо не реагує з вуглецем і карбід цинку ми можемо отримати тільки через проміжні реакції. Карбід цинку ми можемо одержати при нагріванні цинку в струмі ацетилену при температурах близько 200 - 300 С.
Карбід цинку
6. Оксиди та гідроксиди даного хімічного елемента.
6.1. Запишіть ряд оксидів даного хімічного елемента (прогноз по електронній формулі і ковалентних).
Рішення.
Для цинку характерна ступінь окислення +2. тому цинк має тільки один оксид: ZnO. Інші оксиди цинку невідомі. Можливо існування пер оксиду цинку ZnO 2. ковалентность цинку в пер оксиді дорівнює двом, будова його молекули наведено на малюнку.
Ковалентность цинку в оксиді ZnO дорівнює двом.
Запишемо електронну формулу для ZnO:
6.2. Прогнозують характер оксидів (основний, кислотний, амфотерний) за величиною Е.О. і правилом хімічних властивостей ряду оксидів.
Рішення.
У другій побічної підгрупи періодичної системи окрім цинку знаходиться також і кадмій і ртуть. Всі ці метали мають основні оксиди, кадмій проявляє також і амфотерні властивості. Тому можна прогнозувати, що оксид цинку буде проявляти також амфотерні властивості.
Розглянемо електронегативності оксиду цинку:
Різниця електронегативності для ZnO дорівнює 3,5 - 1,8 = 1,7. Для основних оксидів Na 2 O, CaO, BaO ця різниця становить близько 2,5, а для кислотних оксидів SO 2, SO 3, P 2 O 5 близько 1ч1, 3. як видно оксид цинку лежить посередині цих значень, як метал він буде мати амфотерними властивостями.
6.3. Запишіть відповідні гідроксиди (підстави і кислоти). Визначте приналежність до сильних або слабким електролітів.
Рішення.
Для цинку характерний тільки один гідроксид.
Оскільки цинк двухвалентен, то формула гідроксиду цинку має вигляд:
Гідроксид цинку володіє амфотерними властивостями (з переважанням основних властивостей), константа дисоціації підстави дорівнює
6.4. Складіть рівняння реакцій, які підтверджують характер гідроксидів про молекулярному та іонному вигляді.
Рішення.
Гідроксид цинку володіє амфотерними властивостями. Він реагує як з кислотами так і з лугами. З кислотами гідроксид цинку дає солі цинку, наприклад:
У лужному розчині гідроокис цинку веде себе як ангідрідокіслота, тобто переходить у розчин у вигляді гідроксоцінкат-іонів за рахунок приєднання іонів гідроксилу. Відомі солі три-, тетра-і гексагідроксоцінкатов, наприклад:
Деякі з цінкатов виділені в твердому стані:
Деякі з отриманих сполук містять кріталлізаціонную воду. У більшості випадків остання легко відчіплюється при нагріванні. Конституційно зв'язана вода утримується в таких з'єднаннях досить міцно, наприклад при нагріванні
Цінкати також можуть бути отримані при сплаву окису цинку та оксидів інших металів, але отримані таким чином цінкати не розчиняються у воді.
6.5. Напишіть рівняння реакцій електролітичної дисоціації гідроксидів.
Рішення.
Гідроксид цинку речовина досить мало розчинне, але він все ж дисоціює на іони, хоча і в меншій мірі. Твір розчинності
У водних розчинах
Але оскільки
7. Чи може цей хімічний елемент утворювати комплексні сполуки? Якщо так, то, які (кислоти, основи, солі)? Наведіть приклади.
Рішення.
Цинк може утворювати комплексні сполуки. Комплекси цинк утворює з аміаком, ціанідами, гідразином, роданидами, а також з багатьма органічними речовинами, наприклад акридину, пірамідону, дифенилгуанидин, деякими органічними барвниками. Відсутність в комплексах цинку стабілізації полем лігандів призводить до того, що їх стереохімія залежить тільки від розміру і від електростатичної і ковалентного складової зв'язку. Комплекси цинку можуть бути тетраедричних -
З аміаком були виділені комплексні сполуки складу:
Відомо значне число комплексів цинку з органічними сполуками основного характеру. Залежно від умов можуть утворюватися сполуки двох типів. До першого з них відносяться з'єднання, де органічний реагент безпосередньо пов'язаний з іоном цинку і утворює типовий комплекс внесення. До другого типу можна віднести з'єднання, в яких органічна підстава грає роль катіона, що дає солі з іншими ацідокомплекснимі аніонами цинку. Ці сполуки »характером зв'язку з органічними реагентами по суті відносяться до звичайних іонним асоціатів.
Цікаво відзначити, що змінюючи умови утворення комплексів, і перш за все кислотність середовища, нерідко вдається спостерігати взаємне перетворення комплексів впровадження («аміакати») в комплекси типу «амонійних солей» і назад.
Гідразингідрату складу
8. Напишіть рівняння реакцій гідролізу солі
Рішення.
Солі цинку легко гідролізуються.
Розглянемо гідроліз нітрату цинку.
У результаті гідролізу нітрату цинку ми отримаємо основну сіль, основний нітрат цинку
При гідролізі зазначеної солі ми отримаємо іони
Розрахуємо РН середовища.
Вплинути на процес гідролізу можна за допомогою добавки реактивів, кислот або основ. У процесі гідролізу ми отримуємо іони Н +, якщо їх зв'язати дією іонів ОН -, то процес гідролізу посилиться. Оскільки гідроліз процес рівноважний, то зменшення концентрації іонів Н + з - за реакції:
Послабити гідроліз можна введення іонів Н +, що призведе до зсуву рівноваги вліво.
9. Окислювально-відновні реакції.
9.1. Дайте оцінку відновлювальних властивостей Zn і окислювально-відновних властивостей його іонів в залежності від його рН середовища (використовуйте довідкові характеристики).
Рішення.
Цинк - сильний відновник. На реакції цинку та іонами міді заснована робота хімічного елемента Даніеля. Нормальний електродний потенціал цинку - 0.7618 В. як відновник цинк використовують у багатьох хімічних процесах, наприклад, він використовується при відновленні органічних речовин, і т.п.
Відновлювальна активність цинку проявляється особливо активно при РН <7, в кислих розчинах. Він відновлює водень з кислот, наприклад розведеної сірчаної або соляної.
Також цинк може відновлювати метали менш активні ніж він сам у нейтральному середовищі. Він відновлює метали від хрому (-0,74 В) до срібла (0,79 В). Це його властивість часто використовують для виготовлення гальванічних елементів.
У лужному середовищі цинк окислюється до іона
Нормальний електродний потенціал електрода дорівнює для реакції:
Наведене вище рівняння буде прикладів взаємодії цинку у лужному середовищі.
9.2. Складіть рівняння 3-х окислювально-відновних реакцій (з використанням речовини містить іони даного металу) при рН> 7, рН = 7, рН <7.
Попередньо розрахуйте Е 0 хімічної реакції, використовуючи метод електронно-іонного балансу.
Рішення.
Для зазначених рівнянь запишемо окислювально-відновні рівняння реакцій. Спочатку розглянемо ці рівняння і вирішимо їх за допомогою електронного балансу.
Запишемо рівняння електронно-іонного балансу.
Підсумовуємо рівняння.
Запишемо отримане рівняння в молекулярному вигляді:
Розрахуємо Е 0 хімічної реакції.
Підсумовуємо рівняння.
Запишемо отримане рівняння в молекулярному вигляді:
Розрахуємо Е 0 хімічної реакції.
Складемо рівняння іонно-електронного балансу.
Підсумуємо отримані підлозі реакції.
Запишемо рівняння у молекулярному вигляді.
Розрахуємо Е 0 хімічної реакції.
10.3. Складіть і опишіть схему гальванічного елемента з металевого електрода даного металу і електродного системи С,
Рішення.
Гальванічний елемент складається з катода і анода. Одним з електродів в нашому випадку буде цинковий електрод, іншим електродом буде інертний вугільний електрод.
Запишемо схему електрода.
Гальванічний елемент складається з цинкової пластини опущеною в розчин солі, що містить іони V 3 + і H +. оскільки РН <7. вугільний електрод опущений у розчин, що містить іони
Цинкова пластинка в гальванічному елементі легко віддає свої катіони в розчин, тоді вона буде окислятся.
4.Електронное будова атома.
4.2. Дайте пояснення фізичного змісту всіх індексів у даного хімічного елемента в системі Д.І. Менделєєва (порядковий номер, номер періоду, номер групи, приналежність до групи «А» або «Б»). Визначте можливість «Ефекту провалу електрона».
Рішення.
Порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі - 30. молярна маса елемента дорівнює 65.39 г / моль.
Провал або проскакування електрона для цинку неможливий, оскільки у нього повністю заповнений 3d-підрівень. Провал електрона характерний для міді, срібла, у них кількість d-електронів також дорівнює 10, але s-електрон тільки один. Це можна пояснити підвищеною енергетичною стійкістю електронних структур, що відповідають повністю заповненим енергетичним подуровням. Перехід електрона в атомі міді з 4s на 3d-підрівень призводить до утворення повністю заповненого 3d-підрівня і це енергетично вигідно. У цинку 3d - під рівень заповнений і електрону нікуди переходити.
4.3. Виділіть валентні підрівні в електронній формулі атома хімічного елемента, визначте приналежність хімічного елемента до типу s-, p-, d-, f-елементів.
Рішення.
Покажемо розташування валентних електронів в атомі цинку. Як видно з електронної формули цинк відноситься до d-елементів, оскільки у нього заповнюється 3d-підрівень.
На наведеному малюнку еліпсом виділено розташування валентних електронів.
4.4. Напишіть набори квантових чисел для всіх валентних електронів.
Рішення.
У атома цинку буде два валентних електрона. Запишемо набори квантових чисел для цих електронів. Головне квантове число дорівнює 4 і хімічний елемент знаходиться в 4 періоді періодичної системи хімічних елементів. Оскільки в цинку валентні електрони розташовані тільки на s-підрівні то його орбітальне квантове число має значення рівне 0. Оскільки цих електронів буде 2 то вони мають протилежні спини m s = SYMBOL 177 \ f "Symbol" \ s 10 ± 1 / 2. Оскільки m l = 0 то в елемента не буде інших підрівнів крім s-підрівня.
Набори квантових чисел будуть мати вигляд:
n = 5; l = 0; m l = 0; m s = +1 / 2.
n = 5; l = 0; m l = 0; m s = -1 / 2.
4.5. Визначте приналежність хімічного елемента до металів або неметалів, спрогнозуйте величини ступеня окислення.
Рішення.
Оскільки цинк розташований у другій групі періодичної системи, то він відноситься до металів. У хімічних реакціях він буде проявляти металеві властивості. для металів більш прийнятна віддача електронів. Тому цинк може віддавати два електрони з
4.6. Розподіліть валентні електрони атома хімічного елемента з енергетичних осередкам у відповідності з принципом найменшої енергії і правилом Гунда.
Рішення.
Відповідно до принципу найменшої енергії два валентних електрона атома цинку розташуються на 4s-підрівні, оскільки він має в своєму розпорядженні меншою енергією ніж будь-який інший підрівень. Правило Хунда свідчить, що стійкого стану атома відповідає таке розташування електронів в межах енергетичного підрівня, при якому абсолютне значення сумарного спина атома максимально. Тому ми могли би вважати. Що в одній клітинці будуть електрони з однаково спрямованими спинами. Але це суперечить принципу Паулі. І тому розташування електронів для цинку буде таке як на наведеному нами малюнку:
4.7. Прогнозують тип гібридизація валентних атомних орбіталей при утворенні бінарних сполук (фторидів, хлоридів та ін.)
Рішення.
Розглянемо отримання
Кожен атом фтору, що входить до складу даної молекули, володіє одним неспареним електроном, який і бере участь у створенні ковалентного зв'язку. Атом цинку в не збудженому стані неспарених електронів не має взагалі:
Тому для участі в хімічній сполуці атом цинку повинен перейти в збуджений стан:
Утворився збуджений атом цинку володіє двома не спареними електронами, електронне хмара одного електрона відповідає стану 4s, а іншого станом 4p. При витраті деякої енергії замість вихідних орбіта лей можуть утворюватися дві рівноцінні гібридні орбіталі (sp - орбіталі). У атома цинку в бінарних сполуках буде спостерігатися sp-гібридизація. Гібридні sp-орбіталі будуть витягнуті в протилежних напрямках, як це показано на малюнку.
Рис. 1. Будова молекули ZnF 2.
5. З'єднання даного хімічного елемента з неметалами.
5.2. З галогенами.
Рішення.
Газоподібні фтор, бром, хлор, йод не реагують з цинком на холоду. Але в присутності парів води реакція може проходити з займання металу і виділенням великої кількості теплоти (для фтору 172 ккал, для хлору 95,6 ккал на моль цинку)
В реакції з галогенами отримуємо галоген похідні цинку: фториди, хлориди, бромати.
5.4. З азотом.
Рішення.
З азотом, навіть у парах цинк не реагує, але досить легко реагує при температурі червоного розжарювання з аміаком з виділенням нітриду цинку
5.5. З вуглецем.
Рішення.
Цинк безпосередньо не реагує з вуглецем і карбід цинку ми можемо отримати тільки через проміжні реакції. Карбід цинку ми можемо одержати при нагріванні цинку в струмі ацетилену при температурах близько 200 - 300 С.
Карбід цинку
6. Оксиди та гідроксиди даного хімічного елемента.
6.1. Запишіть ряд оксидів даного хімічного елемента (прогноз по електронній формулі і ковалентних).
Рішення.
Для цинку характерна ступінь окислення +2. тому цинк має тільки один оксид: ZnO. Інші оксиди цинку невідомі. Можливо існування пер оксиду цинку ZnO 2. ковалентность цинку в пер оксиді дорівнює двом, будова його молекули наведено на малюнку.
Ковалентность цинку в оксиді ZnO дорівнює двом.
Запишемо електронну формулу для ZnO:
6.2. Прогнозують характер оксидів (основний, кислотний, амфотерний) за величиною Е.О. і правилом хімічних властивостей ряду оксидів.
Рішення.
У другій побічної підгрупи періодичної системи окрім цинку знаходиться також і кадмій і ртуть. Всі ці метали мають основні оксиди, кадмій проявляє також і амфотерні властивості. Тому можна прогнозувати, що оксид цинку буде проявляти також амфотерні властивості.
Розглянемо електронегативності оксиду цинку:
Різниця електронегативності для ZnO дорівнює 3,5 - 1,8 = 1,7. Для основних оксидів Na 2 O, CaO, BaO ця різниця становить близько 2,5, а для кислотних оксидів SO 2, SO 3, P 2 O 5 близько 1ч1, 3. як видно оксид цинку лежить посередині цих значень, як метал він буде мати амфотерними властивостями.
6.3. Запишіть відповідні гідроксиди (підстави і кислоти). Визначте приналежність до сильних або слабким електролітів.
Рішення.
Для цинку характерний тільки один гідроксид.
Оскільки цинк двухвалентен, то формула гідроксиду цинку має вигляд:
Гідроксид цинку володіє амфотерними властивостями (з переважанням основних властивостей), константа дисоціації підстави дорівнює
6.4. Складіть рівняння реакцій, які підтверджують характер гідроксидів про молекулярному та іонному вигляді.
Рішення.
Гідроксид цинку володіє амфотерними властивостями. Він реагує як з кислотами так і з лугами. З кислотами гідроксид цинку дає солі цинку, наприклад:
У лужному розчині гідроокис цинку веде себе як ангідрідокіслота, тобто переходить у розчин у вигляді гідроксоцінкат-іонів за рахунок приєднання іонів гідроксилу. Відомі солі три-, тетра-і гексагідроксоцінкатов, наприклад:
Деякі з цінкатов виділені в твердому стані:
Деякі з отриманих сполук містять кріталлізаціонную воду. У більшості випадків остання легко відчіплюється при нагріванні. Конституційно зв'язана вода утримується в таких з'єднаннях досить міцно, наприклад при нагріванні
Цінкати також можуть бути отримані при сплаву окису цинку та оксидів інших металів, але отримані таким чином цінкати не розчиняються у воді.
6.5. Напишіть рівняння реакцій електролітичної дисоціації гідроксидів.
Рішення.
Гідроксид цинку речовина досить мало розчинне, але він все ж дисоціює на іони, хоча і в меншій мірі. Твір розчинності
У водних розчинах
Але оскільки
7. Чи може цей хімічний елемент утворювати комплексні сполуки? Якщо так, то, які (кислоти, основи, солі)? Наведіть приклади.
Рішення.
Цинк може утворювати комплексні сполуки. Комплекси цинк утворює з аміаком, ціанідами, гідразином, роданидами, а також з багатьма органічними речовинами, наприклад акридину, пірамідону, дифенилгуанидин, деякими органічними барвниками. Відсутність в комплексах цинку стабілізації полем лігандів призводить до того, що їх стереохімія залежить тільки від розміру і від електростатичної і ковалентного складової зв'язку. Комплекси цинку можуть бути тетраедричних -
З аміаком були виділені комплексні сполуки складу:
Відомо значне число комплексів цинку з органічними сполуками основного характеру. Залежно від умов можуть утворюватися сполуки двох типів. До першого з них відносяться з'єднання, де органічний реагент безпосередньо пов'язаний з іоном цинку і утворює типовий комплекс внесення. До другого типу можна віднести з'єднання, в яких органічна підстава грає роль катіона, що дає солі з іншими ацідокомплекснимі аніонами цинку. Ці сполуки »характером зв'язку з органічними реагентами по суті відносяться до звичайних іонним асоціатів.
Цікаво відзначити, що змінюючи умови утворення комплексів, і перш за все кислотність середовища, нерідко вдається спостерігати взаємне перетворення комплексів впровадження («аміакати») в комплекси типу «амонійних солей» і назад.
Гідразингідрату складу
8. Напишіть рівняння реакцій гідролізу солі
Рішення.
Солі цинку легко гідролізуються.
Розглянемо гідроліз нітрату цинку.
У результаті гідролізу нітрату цинку ми отримаємо основну сіль, основний нітрат цинку
При гідролізі зазначеної солі ми отримаємо іони
Розрахуємо РН середовища.
Вплинути на процес гідролізу можна за допомогою добавки реактивів, кислот або основ. У процесі гідролізу ми отримуємо іони Н +, якщо їх зв'язати дією іонів ОН -, то процес гідролізу посилиться. Оскільки гідроліз процес рівноважний, то зменшення концентрації іонів Н + з - за реакції:
Послабити гідроліз можна введення іонів Н +, що призведе до зсуву рівноваги вліво.
9. Окислювально-відновні реакції.
9.1. Дайте оцінку відновлювальних властивостей Zn і окислювально-відновних властивостей його іонів в залежності від його рН середовища (використовуйте довідкові характеристики).
Рішення.
Цинк - сильний відновник. На реакції цинку та іонами міді заснована робота хімічного елемента Даніеля. Нормальний електродний потенціал цинку - 0.7618 В. як відновник цинк використовують у багатьох хімічних процесах, наприклад, він використовується при відновленні органічних речовин, і т.п.
Відновлювальна активність цинку проявляється особливо активно при РН <7, в кислих розчинах. Він відновлює водень з кислот, наприклад розведеної сірчаної або соляної.
Також цинк може відновлювати метали менш активні ніж він сам у нейтральному середовищі. Він відновлює метали від хрому (-0,74 В) до срібла (0,79 В). Це його властивість часто використовують для виготовлення гальванічних елементів.
У лужному середовищі цинк окислюється до іона
Нормальний електродний потенціал електрода дорівнює для реакції:
Наведене вище рівняння буде прикладів взаємодії цинку у лужному середовищі.
9.2. Складіть рівняння 3-х окислювально-відновних реакцій (з використанням речовини містить іони даного металу) при рН> 7, рН = 7, рН <7.
Попередньо розрахуйте Е 0 хімічної реакції, використовуючи метод електронно-іонного балансу.
Рішення.
Для зазначених рівнянь запишемо окислювально-відновні рівняння реакцій. Спочатку розглянемо ці рівняння і вирішимо їх за допомогою електронного балансу.
Запишемо рівняння електронно-іонного балансу.
Підсумовуємо рівняння.
Запишемо отримане рівняння в молекулярному вигляді:
Розрахуємо Е 0 хімічної реакції.
Підсумовуємо рівняння.
Запишемо отримане рівняння в молекулярному вигляді:
Розрахуємо Е 0 хімічної реакції.
Складемо рівняння іонно-електронного балансу.
Підсумуємо отримані підлозі реакції.
Запишемо рівняння у молекулярному вигляді.
Розрахуємо Е 0 хімічної реакції.
10.3. Складіть і опишіть схему гальванічного елемента з металевого електрода даного металу і електродного системи С,
Рішення.
Гальванічний елемент складається з катода і анода. Одним з електродів в нашому випадку буде цинковий електрод, іншим електродом буде інертний вугільний електрод.
Запишемо схему електрода.
Гальванічний елемент складається з цинкової пластини опущеною в розчин солі, що містить іони V 3 + і H +. оскільки РН <7. вугільний електрод опущений у розчин, що містить іони
Цинкова пластинка в гальванічному елементі легко віддає свої катіони в розчин, тоді вона буде окислятся.
Кожен іон цинку, переходячи в розчин, залишає на платівці два електрони. Через це платівка отримає негативний заряд. На вугільному електроді будуть проходити процеси відновлення:
Якщо ланцюг замкнути, то в гальванічному елементі виникне електричний струм. Електрони з місця, де щільність негативного заряду висока, будуть переходити в місце з меншою щільністю негативного заряду.
У цілому хімічну реакцію. Яка відбувається в гальванічному елементі можна записати так:
Важливою характеристикою будь-якого гальванічного елемента буде його ЕРС. Вона дорівнює:
10.4. Опишіть процес електрохімічної корозії при контакті металу та вироби з Sn у вологому середовищі (Без аерації і при аерації).
Рішення.
Якщо включення олова в цинк мають значні розміри, то ми будемо мати справу з гальванічним елементом.
Оскільки електродні потенціали для олова і цинку рівні:
Ми будемо мати гальванічний елемент в якому цинк буде більш активним металом в порівнянні з оловом, що призведе до його окислення.
Розглянемо випадок, коли ми маємо включення олова в цинк у вологому атмосфері без аерації. Відсутність аерації означає відсутність активного кисню, який може вступати в електрохімічні взаємодії.
На швидкість корозії цинку буде також впливати наявність оксидної плівки на поверхні цинку.
Олово буде чинити на цинк полярізірующее вплив, що приведе до того, що цинк (потенціал якого менше) буде поляризувати анодно і швидкість його корозії зросте.
На аноді буде проходити реакція:
На катоді, в ролі якого виступає олово, буде протікати реакція:
Розглянемо процес корозії при аерації. Наявність аерації означає доступ кисню до контакту двох металів.
На аноді буде проходити реакція:
На катоді, в ролі якого виступає олово, буде протікати реакція:
Процес корозії при аерації проходить більш активно ніж без аерації, тому такий вид корозії буде більш небезпечний для цинкових деталей ніж корозія без доступу повітря.
10.5. Опишіть процес електролізу з урахуванням перенапруги.
Електроліт - розчин ZnCl 2 PH = 2, 5
Електроди: катод - З,
анод - Zn.
Рішення.
У розчині хлорид цинку буде диссоциировать на іони згідно рівняння:
Розглянемо процеси, які відбуватимуться на аноді.
Анод цинковий. На цинковій аноді можуть відбуватися кілька процесів:
Запишемо потенціали проходження зазначених процесів:
Перенапруження виділення кисню на цинковій електроді при щільності струму 1мА/см 2 дорівнює 1,75 В. Це значить, що кисень даної реакції виділяться не буде і на аноді можливі тільки дві електрохімічні реакції:
Як видно із значень електродних потенціалів на аноді відбуватиметься реакція окислення цинку:
Розглянемо електродні процеси на катоді. Матеріал катода - вугілля або графіт, катод інертний і не буде брати участі в електрохімічних процесах. На катоді також можливі кілька реакцій, розглянемо їх. РН середовища одно 2,5. На графіті при температурі 20єС перенапруження виділення водню при щільності струму 1 А / см 2 дорівнює 1,2 В, а при щільності струму 1 мА / см 2 всього лише 0,6 В. За рівнянням Нернста ми можемо обчислити значення потенціалу перенапруги водню при РН = 2,5. потенціал водневого електрода перебуває в лінійній залежності від РН середовища.
При тиску водню 1 атмосфера
При щільності струму дорівнює 1 А / см 2 перенапруження одно:
Іони ж цинку відновлюються при потенціалі рівному - 0,763 В. перенапруженням відновлення іонів цинку на графітовому електроді можна знехтувати, оскільки воно досить мало за значенням. З отриманих розрахунків видно що при малих плотностях струму на графітовому електроді можливі дві конкуруючі реакції:
При щільності струму
За цих умов потенціал відновлення водню дорівнює близько
При проведенні електролізу треба враховувати повішення температури, при підвищенні температури на 1єС перенапруження зменшується на 2 - 3 мВ. Воно також залежить від виду поверхні електрода і від наявності деяких органічних добавок в електроліті.
Список використаної літератури.
1. Глінка Н. Л. Загальна хімія. - Л.: Хімія, 1988. - 702 с.
2. Полеес М. Е. Аналітична хімія. - М.: Медицина, 1981. - 286 с.
3. Крешков А. П., Ярославцев А. А. Курс аналітичної хімії. - М.: Хімія, 1964. - 430 с.
4. Мороз А. С., Ковальова А. Г. Фізична та колоїдна хімія. - Л.: Світ, 1994. - 278 с.
5. Фізична хімія. Практичне та теоретичне керівництво. Під ред. Б. П. Нікольського, Л.: Хімія, 1987. - 875 с.
6. Скуг Д., Уест Д. Основи аналітичної хімії. У 2 т. Пер з англ. М.: Мир, 1979, - 438 с.
7. Натарова Н. Г. Аналітична хімія цинку. - М.: Хімія, 1982. - 378 с.
Якщо ланцюг замкнути, то в гальванічному елементі виникне електричний струм. Електрони з місця, де щільність негативного заряду висока, будуть переходити в місце з меншою щільністю негативного заряду.
У цілому хімічну реакцію. Яка відбувається в гальванічному елементі можна записати так:
Важливою характеристикою будь-якого гальванічного елемента буде його ЕРС. Вона дорівнює:
10.4. Опишіть процес електрохімічної корозії при контакті металу та вироби з Sn у вологому середовищі (Без аерації і при аерації).
Рішення.
Якщо включення олова в цинк мають значні розміри, то ми будемо мати справу з гальванічним елементом.
Оскільки електродні потенціали для олова і цинку рівні:
Ми будемо мати гальванічний елемент в якому цинк буде більш активним металом в порівнянні з оловом, що призведе до його окислення.
Розглянемо випадок, коли ми маємо включення олова в цинк у вологому атмосфері без аерації. Відсутність аерації означає відсутність активного кисню, який може вступати в електрохімічні взаємодії.
На швидкість корозії цинку буде також впливати наявність оксидної плівки на поверхні цинку.
Олово буде чинити на цинк полярізірующее вплив, що приведе до того, що цинк (потенціал якого менше) буде поляризувати анодно і швидкість його корозії зросте.
На аноді буде проходити реакція:
На катоді, в ролі якого виступає олово, буде протікати реакція:
Розглянемо процес корозії при аерації. Наявність аерації означає доступ кисню до контакту двох металів.
На аноді буде проходити реакція:
На катоді, в ролі якого виступає олово, буде протікати реакція:
Процес корозії при аерації проходить більш активно ніж без аерації, тому такий вид корозії буде більш небезпечний для цинкових деталей ніж корозія без доступу повітря.
10.5. Опишіть процес електролізу з урахуванням перенапруги.
Електроліт - розчин ZnCl 2 PH = 2, 5
Електроди: катод - З,
анод - Zn.
Рішення.
У розчині хлорид цинку буде диссоциировать на іони згідно рівняння:
Розглянемо процеси, які відбуватимуться на аноді.
Анод цинковий. На цинковій аноді можуть відбуватися кілька процесів:
Запишемо потенціали проходження зазначених процесів:
Перенапруження виділення кисню на цинковій електроді при щільності струму 1мА/см 2 дорівнює 1,75 В. Це значить, що кисень даної реакції виділяться не буде і на аноді можливі тільки дві електрохімічні реакції:
Як видно із значень електродних потенціалів на аноді відбуватиметься реакція окислення цинку:
Розглянемо електродні процеси на катоді. Матеріал катода - вугілля або графіт, катод інертний і не буде брати участі в електрохімічних процесах. На катоді також можливі кілька реакцій, розглянемо їх. РН середовища одно 2,5. На графіті при температурі 20єС перенапруження виділення водню при щільності струму 1 А / см 2 дорівнює 1,2 В, а при щільності струму 1 мА / см 2 всього лише 0,6 В. За рівнянням Нернста ми можемо обчислити значення потенціалу перенапруги водню при РН = 2,5. потенціал водневого електрода перебуває в лінійній залежності від РН середовища.
При тиску водню 1 атмосфера
При щільності струму дорівнює 1 А / см 2 перенапруження одно:
Іони ж цинку відновлюються при потенціалі рівному - 0,763 В. перенапруженням відновлення іонів цинку на графітовому електроді можна знехтувати, оскільки воно досить мало за значенням. З отриманих розрахунків видно що при малих плотностях струму на графітовому електроді можливі дві конкуруючі реакції:
При щільності струму
За цих умов потенціал відновлення водню дорівнює близько
При проведенні електролізу треба враховувати повішення температури, при підвищенні температури на 1єС перенапруження зменшується на 2 - 3 мВ. Воно також залежить від виду поверхні електрода і від наявності деяких органічних добавок в електроліті.
Список використаної літератури.
1. Глінка Н. Л. Загальна хімія. - Л.: Хімія, 1988. - 702 с.
2. Полеес М. Е. Аналітична хімія. - М.: Медицина, 1981. - 286 с.
3. Крешков А. П., Ярославцев А. А. Курс аналітичної хімії. - М.: Хімія, 1964. - 430 с.
4. Мороз А. С., Ковальова А. Г. Фізична та колоїдна хімія. - Л.: Світ, 1994. - 278 с.
5. Фізична хімія. Практичне та теоретичне керівництво. Під ред. Б. П. Нікольського, Л.: Хімія, 1987. - 875 с.
6. Скуг Д., Уест Д. Основи аналітичної хімії. У 2 т. Пер з англ. М.: Мир, 1979, - 438 с.
7. Натарова Н. Г. Аналітична хімія цинку. - М.: Хімія, 1982. - 378 с.