1 курс (энергетики) / защита работы 3 / Zaschita_3-39a
.pdf
Защита №3. Билет 39
Задача 1
Сравним стандартные электродные потенциалы водородного и хлорного электродов.
E0 |
|
0B |
|
|
|
|
|
H / H |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
E0 |
|
1,359B |
|
|
|
|
|
Cl /Cl |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
E0 |
|
E0 |
, значит, водородный электрод будет анодом, а хлорный – катодом. |
||||
H / H |
2 |
Cl /Cl |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
Уравнения электродных процессов: |
|||||||
А(–): H2 – 2ē →2H+ |
|
2 |
|
1 |
|||
|
2 |
||||||
K(+): Cl2 + 2ē →2Cl– |
|
2 |
|
1 |
|||
Токообразующая реакция (Т.О.Р.): H2 + Cl2 → 2H+ + 2Cl–
Расчёт ЭДС гальванического элемента 2 способами:
1) Исходя из электрохимических данных:
EЭ0 E(катода) E(анода) ECl0 2 /Cl EH0 / H2 1,359B 0B 1,359B
2) Исходя из термодинамических данных:
Стандартное изменение энергии Гиббса токоообразующей реакции:
G0TOP G0298 (продуктов реакции) G0298 (исходных веществ)
2 G0298 (H ) 2 G0298 (Cl ) G0298 (H2 ) G0298 (Cl2 )
2 0 кДж/моль 2 131,17кДж/моль 0кДж/моль 0кДж/моль 262,34кДж 262340Дж
E0 |
|
G0 |
TOP |
||
Э |
|
nF |
|
|
|
n 2; F 96500 Кл/моль |
||
E0 |
|
|
262340Дж |
1,359B |
|
|
|||
|
|
|||
Э |
2 |
96500 Кл/моль |
|
|
|
|
|||
Задача 2
Электролиз раствора солей Pb(NO3)2, Cd(NO3)2, KNO3.
Электроды графитовые, являются инертными
Pb(NO3 )2 Pb2 2NO3
Cd (NO3 )2 Cd 2 2NO3 KNO3 K NO3
H2O H OH
Среда кислая, так как Pb(NO3)2 и Cd(NO3)2 подвергаются гидролизу по катиону:
Pb2+ + H2O ↔ PbOH+ + H+
Cd2+ + H2O ↔ CdOH+ + H+
Для расчетов возьмем pH=5
Таким образом, ионный состав раствора: Pb2+ , Cd2+ , K+ , H+, NO3 ; OH–
(+) на аноде: NO3 ; OH–
(–) на катоде: Pb2+ , Cd2+ , K+ , H+
На аноде могут окисляться только молекулы H2O (так как среда кислая, то вместо анионов OH–
окисляются молекулы воды). Анионы NO3 никогда не окисляются на аноде при электролизе водных растворов солей (по причине высокоположительного потенциала)
Значение кислородного потенциала:
EP |
1, 23 0,059 pH 1, 23 0,059 5 0,935B |
O /OH |
|
2 |
|
На катоде могут восстанавливаться катионы Pb2+ , Cd2+ , K+ , H+
Сравним электродные потенциалы возможных катодных процессов:
EHP / H2 0, 059 pH 0, 059 5 0, 295B EPb0 2 / Pb 0,126B
ECd0 2 /Cd 0, 403B
EK0 / K 2, 925B
В первую очередь восстанавливаются частицы с наибольшим значением потенциала, в данном случае катионы Pb2+. Катионы K+ не восстанавливаются из-за высокоотрицательного потенциала.
Уравнения электродных процессов:
А(+): 2H2O – 4ē → O2 + 4H+
Pb2 2ē Pb
К(–): Cd2 2ē Cd
2H 2ē H2
Примерный ход поляризационных кривых:
Е, В |
Поляризационная кривая окисления H2O на аноде |
0,935
i, мА/см2
-0,126
-0,295
Поляризационная кривая восстановления Pb2+ на катоде
-0,403
Поляризационная кривая восстановления Cd2+ на катоде Поляризационная кривая восстановления H+ на катоде
Минимальное напряжение разложения равно разности потенциалов первых процессов, протекающих
на аноде и катоде:
U |
РАЗЛ |
E анода – Е катода EP |
E0 2 |
/ Pb |
0,935B 0,126B 1,061B |
|
O /OH |
Pb |
|
||
|
|
2 |
|
|
|
Задача 3
Коррозия стального реактора.
Водный раствор HCl, pH =1, растворенный кислород присутствует Основной компонент стали – железо
Давления газов по умолчанию: p(O2) = 0,21; p(H2) = 1
EFe0 2 / Fe 0, 44B
При возникновении электрохимической коррозии железо является анодом (окисляется, корродирует),
а примеси (например, карбид железа Fe3C) – катодом.
Возможные окислители при коррозии в кислой среде: молекулы O2 (кислородная деполяризация),
катионы H+ (водородная деполяризация).
Определим равновесные потенциалы окислителей:
EP |
|
|
1, 23 0, 059 pH 0, 0147 lg p(O ) 1, 23 |
0, 059 1 0, 0147 lg 0, 21 1,161B |
||
O /OH |
|
|
2 |
|
||
2 |
|
|
|
|
|
|
EP |
/ H |
|
0, 059 pH 0, 0295lg p(H |
2 |
) 0, 059 1 |
0, 0295lg1 0, 059B |
H |
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Сравним равновесные потенциалы окислителей и стандартный электродный потенциал анода.
E0 |
2 |
|
EP |
|
|
; коррозия с водородной деполяризацией возможна |
|
Fe |
/ Fe |
H |
/ H |
|
|
||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
E0 |
|
|
EP |
|
|
|
; коррозия с кислородной деполяризацией возможна. |
Fe2 / Fe |
O /OH |
|
|||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Уравнения реакций анодного и катодного процессов: |
|||||||
А(–): |
Fe – 2ē → Fe2+ |
||||||
O |
2 |
4H+ 4ē 2H |
2 |
O (кислородная деполяризация) |
||
|
|
|
|
|
||
K( ) : |
|
|
|
|
|
|
2H+ 2ē H |
2 |
(водородная деполяризация) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
V (H2 ) 5, 6л
V (O2 ) 44,8мл 0, 0448л
m(Fe) ?
По закону эквивалентов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
m(Fe) |
|
V (O2 ) |
|
V (H2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
M Э (Fe) |
VЭ (O2 ) |
VЭ (H2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
m(Fe) M Э (Fe) |
|
V (O ) |
|
V (H |
2 |
) |
|
|
|||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
VЭ (O2 ) |
|
|
VЭ (H2 ) |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
0, 0448л |
|
|
|
5, 6л |
|
||||||||
27,9г / моль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14,173г |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
5, 6л / моль |
11, 2л / моль |
|
||||||||||||
Прокорродировало 14,173г железа