17.19: Проблеми

1. Збалансуйте наступні хімічні рівняння, припускаючи, що вони відбуваються у водному розчині.

(а)\({Cu}^0+{Ag}^+\to {Cu}^{2+}+{Ag}^0\)

(б)\({Fe}^{2+}+{Cr}_2O^{2-}_7\to {Fe}^{3+}+{Cr}^{3+}\)

(c)\({Cr}^{2+}+{Cr}_2O^{2-}_7\to {Cr}^{3+}\)

(г)\({Cl}_2+{Br}^-\to {Cl}^-+{Br}_2\)

(е)\(ClO_3\to {Cl}^-+ClO^-_4\)

(f)\(I^-+{IO}^-_3\to I_2\)

(g)\(I^-+O_2\to I_2+{OH}^-\) (базове рішення)

(ч)\(H_2C_2O^{2-}_4+MnO^-_4\to {CO}_2+{Mn}^{2+}\)

(i)\({Fe}^{2+}+MnO^-_4\to {Fe}^{3+}+{Mn}^{2+}\)

(j)\(H_2O_2+MnO^-_4\to {Mn}^{2+}+O_2\)

(к)\(PbO_2+{Pb}^0+H_2SO_4\to {PbSO}_4\)

(л)\({Fe}^{2+}\to {Fe}^0+{Fe}^{3+}\)

(м)\({Cu}^{2+}+{Fe}^0\to {Cu}^0+{Fe}^{3+}\)

(n)\({Al}^0+{OH}^-\to H_2+Al{\left(OH\right)}^-_4\) (базове рішення)

(o)\({Au}^0+{CN}^-+O_2\to Au{\left(CN\right)}^-_4\) (базове рішення)

(р)\({Cu}^0+{HNO}_3\to {Cu}^{2+}+NO_2\)

(q)\({Al}^0+{Fe}_2O_3\to {Al}_2O_3+{Fe}^0\)

(r)\(I^-+H_2O_2\to I_2+{OH}^-\) (базове рішення)

(и)\(HFeO^-_4+{Mn}^{2+}\to {Fe}^{3+}+{MnO}_2\)

(т)\({Fe}^{2+}+S_2O^{2-}_8\to {Fe}^{3+}+SO^{2-}_4\)

(u)\({Cu}^++O_2\to {Cu}^{2+}+{OH}^-\) (базове рішення)

2. Обчисліть постійну рівноваги\(K_a\), для реакції\({Cu}^0+2{Ag}^+\to {Cu}^{2+}+2{Ag}^0\). Надлишок чистого мідного дроту поміщають в розчин нітрату\({10}^{-1}\ \underline{\mathrm{M}}\) срібла. Припускаючи, що молярності адекватно наближають діяльність іонів, знайдіть рівноважні концентрації\({Ag}^+\) і\({Cu}^{2+}\).

3. Стандартні потенціали для зменшення\({Fe}^{2+}\) та\({Fe}^{3+}\)\({Fe}^0\) до

\[{Fe}^{2+}+2e^-\to {Fe}^0 {\mathcal{E}}^o=-0.447\ \mathrm{v}\]\[{Fe}^{3+}+3e^-\to {Fe}^0 {\mathcal{E}}^o=-0.037\ \mathrm{v}\]

(a) Знайти стандартний потенціал для непропорційності\({Fe}^{2+}\) до\({Fe}^{3+}\) і\({Fe}^0\):\(\ \ \ {Fe}^{2+}\to {{Fe}^0+Fe}^{3+}\).

(b) Знайдіть стандартний потенціал напівкомірки для зменшення\({Fe}^{3+}\) до\({Fe}^{2+}\):\({Fe}^{3+}+e^-\to {Fe}^{2+}\).

4. Стандартний потенціал відновлення трис-етилендіамінерутенію (III) до трис-етилендіамінерутенію (II) становить

\[{\left[Ru{\left(en\right)}_3\right]}^{3+}+e^-\to {\left[Ru{\left(en\right)}_3\right]}^{2+} {\mathcal{E}}^o=+0.210\ \mathrm{v}\]

Дані про потенціал напівклітин наведені нижче для декількох окислювачів. Які з них можуть окислюватися\({\left[Ru{\left(en\right)}_3\right]}^{2+}\) до\({\left[Ru{\left(en\right)}_3\right]}^{3+}\) в кислому (\(\left[H^+\right]\approx {\tilde{a}}_{H^+}={10}^{-1}\)) водному розчині?

(а)\(UO^{2+}_2+e^-\to UO^+_2\)\({\mathcal{E}}^o=+0.062\ \mathrm{v}\)

(б)\({\left[Ru{\left(NH_3\right)}_6\right]}^{3+}+e^-\to {\left[Ru{\left(NH_3\right)}_6\right]}^{2+}\)\[{\mathcal{E}}^o=+0.10\ \mathrm{v}\] (с)\({Cu}^{2+}+e^-\to {Cu}^+\)\({\mathcal{E}}^o=+0.153\ \mathrm{v}\)

(г)\(AgCl+e^-\to {Ag}^0+{Cl}^-\)\({\mathcal{E}}^o=+0.222\ \mathrm{v}\)

(е)\({Hg}_2{Cl}_2+2e^-\to 2{Hg}^0+2{Cl}^-\)\[{\mathcal{E}}^o=+0.268\ \mathrm{v}\] (f)\(AgCN+e^-\to {Ag}^0+{CN}^-\)\({\mathcal{E}}^o=-0.017\ \mathrm{v}\)

(г)\(SnO_2+4H^++4e^-\to {Sn}^0+2H_2O\)\[{\mathcal{E}}^o=-0.117\ \mathrm{v}\]

5. Побудована електрохімічна комірка, в якій одна половина осередку є стандартним водневим електродом, а інша - водневим електродом, зануреним в розчин\(pH=7\)\(\left(\left[H^+\right]\approx {\tilde{a}}_{H^+}={10}^{-7}\right)\). Яка різниця потенціалів між клемами осередку? Які хімічні зміни відбуваються в цій клітині?

6. Стандартний потенціал напівкомірки для відновлення газу кисню на інертному електроді (як платиновий метал) становить

\[O_2+4H^++4e^-\to 2H_2O {\mathcal{E}}^o=+1.229\ \mathrm{v}\]

Побудована електрохімічна комірка, в якій одна половина осередку являє собою стандартний водневий електрод, а інша - шматок платинового металу, занурений в\(1\ \underline{M}\) розчин\(HClO_4\), який безперервно контактує з бульбашками кисневого газу під тиском\(1\) бар.

(а) Яка різниця потенціалів між клемами комірки? Які хімічні зміни відбуваються в цій клітині?

(б)\(1\ \underline{M}\)\(HClO_4\) Розчин в частині (а) замінюється чистою водою\(\left(\left[H^+\right]\approx {\tilde{a}}_{H^+}={10}^{-7}\right)\). Яка різниця потенціалів між клемами цієї осередку?

(c)\(1\ \underline{M}\)\(HClO_4\) Розчин в частині (а) замінюється на\(1\ \underline{M}\)\(NaOH\)\(\left(\left[H^+\right]\approx {\tilde{a}}_{H^+}={10}^{-14}\right)\). Яка різниця потенціалів між клемами цієї осередку?

7. Джерело змінного електричного потенціалу вводиться у зовнішній ланцюг осередку в частині (а) задачі

6. Негативний висновок джерела потенціалу підключається до кисневого електрода і позитивний висновок джерела потенціалу приєднується до стандартного водневого електрода. Якщо прикладений електричний потенціал становить 1,3 В, які хімічні зміни відбуваються? Який мінімальний електричний потенціал необхідно застосувати для електролізу води, якщо кисневий електрод містить\(1\ \underline{M}\)\(HClO_4\) розчин? Нейтральне (\(pH=7\)) рішення? \(1\ \underline{M}\)\(NaOH\)Рішення?

8. Занурені два платинових електрода\(1\ \underline{M}\)\(HClO_4\). Яка різниця потенціалів повинна бути застосована між цими електродами, щоб електролізувати воду? (Припустимо, що\(P_{O_2}=1\ \mathrm{bar}\) і\(P_{H_2}=1\ \mathrm{bar}\) у відповідних електродів, як і буде, як тільки на кожному електроді накопичилося кілька бульбашок газу.) Яка різниця потенціалів потрібна, якщо електроди занурені в чисту воду? В\(1\ \underline{M}\)\(NaOH\)?