Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali Zadania
Czym jest szereg elektrochemiczny metali? Szereg elektrochemiczny metali jest to zestawienie metali według wzrastających potencjałów normalnych. Wartości potencjałów normalnych nie można zmierzyć w sposób bezpośredni, zostały one zmierzone w stosunku do normalnej elektrody wodorowej NEW (in. SPW standardowa elektroda wodorowa). NEW stanowi blaszka platynowa pokryta czernią platynową, zanurzona do roztworu jonów H 3 O + o stężeniu c = 1 mol/dm 3 i opłukiwana gazowym wodorem pod ciśnieniem normalnym p = 1013 hpa. Procesy elektrodowe zachodzące na NEW: ½ H 2 + H 2 O = H 3 O + +e (½ H 2(g) =H + +e) Potencjał normalnej elektrody wodorowej E 0 = 0
Szereg elektrochemiczny (napięciowy) metali Każdy metal o niższym normalnym potencjale wypiera z roztworu metal o potencjale wyższym, np. Zn + Pb 2+ Zn 2+ + Pb -reguła nie dotyczy litowców i berylowców, które z wodnych roztworów nie wypierają innych metali pierwszeństwo ma reakcja z wodą [otrzymywanie wodorotlenków]. Mg i Be reagują z wodą na gorąco, więc w temperaturze pokojowej mogą wypierać inne metale z roztworu. -Al nie wydziela z roztworów zawierających jony Fe 2+, Zn 2+, Pb 2+ i Cu 2+ metali, ponieważ ulega pasywacji pokrywa się warstewką ochronną swojego tlenku
Metale o potencjałach ujemnych mogą wypierać wodór. Są to metale aktywne, nazywane nieszlachetnymi. Zn + 2H + Zn 2+ + H 2 Reakcja przebiega tym mniej energicznie im bliższy zera jest potencjał normalny metalu. Metale o dodatnich potencjałach nie wypierają wodoru z kwasów. Metale te nazywane są metalami szlachetnymi. Cu + HCl reakcja nie zachodzi Metale szlachetne reagują z kwasami tlenowymi z wykorzystaniem ich właściwości utleniających Cu + 2H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + H 2 O Im bardziej ujemny potencjał normalny metalu, tym większa jest jego zdolność do utleniania się (oddawania elektronów). Im bardziej dodatni potencjał normalny metalu, tym większa jest jego zdolność do redukcji (przyjmowania elektronów). Z szeregu elektrochemicznego korzysta się przy przewidywaniu kierunku biegu reakcji redoks i podczas budowy ogniw.
Przykład Ogniwo składa się z elektrody kadmowej i żelaznej, zanurzonych w roztworach wodnych swych dwudodatnich jonów, o jednakowych stężeniach. Określić znaki elektrod i podać zapis schematu ogniwa Potencjał standardowy elektrody kadmowej wynosi -0,43 V, a elektrody żelaznej -0,44 V. Ponieważ stężenie obu soli jest jednakowe, zatem elektroda kadmowa ma znak dodatni, a elektroda żelazna ujemny. Schemat ogniwa: (-) Fe; Fe 2+ (c 1 ) (c 1 )Cd 2+ ;Cd (+)
Przykład 6,5g pewnego metalu wrzucono do roztworu soli srebrowej. Metal uległ roztworzeniu tworząc jony dwudodatnie, a wydzielone srebro po przemyciu i wysuszeniu ważyło 21,6g. Obliczyć masę atomową metalu. M Ag =108g/mol M + 2Ag + M 2+ + 2Ag m 1 = 6,5g m 2 =21,6g n 2 = m 2 /M Ag = 0,2 mola n 1 = n 2 /2 = 0,1 mola 0,1 mola 6,5g 1 mol 65g Odpowiedź: Masa atomowa metalu wynosi 65 g (jest to cynk).
Zadania Zadanie 1. Płytkę kadmową o masie 100g zanurzono w roztworze CuSO 4. Po pewnym czasie płytkę wyjęto, wysuszono i zważono. Stewierdzono, że jej masa wynosi 90,4g. Obliczyć, ile gramów miedzi osadziło się na płytce. Odp.: 12,8g Zadanie 2. Do roztworu CuSO 4 zanurzono płytkę żelazną o masie 158 g. Po wyjęciu z roztworu, wymyciu i wysuszeniu stwierdzono, że masa płytki zwiększyła się o 2 g. Ile gramów żelaza przeszło do roztworu? Odp. 14g Zadanie 3. Miedź rozpuszczono całkowicie w 20 cm 3 x-molowego roztworu kwasu azotowego. Wydzieliło się 0,9 cm 3 bezbarwnego gazu (w warunkach normalnych). Jakie jest stężenie molowe tego kwasu, jeśli oba substraty przereagowały całkowicie? Odp.: 0,008 mol/dm 3 Zadanie 4. Względem których kationów z podanego zbioru nikiel może być reduktorem? Co 2+, Fe 2+, Sn 2+, Zn 2+, Mg 2+, Ca 2+, Bi 3+, Cu 2+, Al 3+, Cr 3+, Li +, Ag +, H + Zadanie 5. Do 4 probówek zawierających siarczan miedzi zanurzono płytki: cynkową, kadmową, żelazną i srebrną o jednakowej masie. Jak zmieni się masa płytek? Odp.: zmaleje, zmaleje, wzrośnie, pozostanie bez zmian