Объяснение:
Для гальванического элемента принята следующая форма записи (на примере элемента Даниэля):
Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu,
где вертикальная линия | обозначает границу раздела фаз, а двойная вертикальная линия || - солевой мостик. Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом; электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом. Гальванический элемент принято записывать так, чтобы анод находился слева.
Электродные полуреакции принято записывать как реакции восстановления (таблица 12.1), поэтому общая реакция в гальваническом элементе записывается как разность между реакциями на правом и левом электродах:
Правый электрод: Cu2+ + 2e = Cu
Левый электрод: Zn2+ + 2e = Zn
Общая реакция: Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+
Потенциал E электрода рассчитывается по формуле Нернста:
,
где aOx и aRed - активности окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции; Eo - стандартный потенциал электрода (при aOx = aRed =1); n - число электронов, участвующих в полуреакции; R - газовая постоянная; T - абсолютная температура; F - постоянная Фарадея. При 25o C
Стандартные электродные потенциалы электродов измеряются относительно стандартного водородного электрода, потенциал которого принят равным нулю. Значения некоторых стандартных электродных потенциалов приведены в таблице 12.1.
Электродвижущая сила (ЭДС) элемента равна разности потенциалов правого и левого электродов:
E = EП - EЛ.
Если ЭДС элемента положительна, то реакция (так, как она записана в элементе) протекает самопроизвольно. Если ЭДС отрицательна, то самопроизвольно протекает обратная реакция.
Стандартная ЭДС равна разности стандартных потенциалов:
.
1) Дано:
m(Fe₂O₃)=12кг.
ω%(вых. Fe)=80%
m₂(Fe)-?
1. Определим молярную массу оксида железа(lll):
M(Fe₂O₃)=56x2+16x3=160кг./кмоль
2. Определим количество вещества n в 12кг. оксида железа(lll):
n(Fe₂O₃)= m(Fe₂O₃)÷M(Fe₂O₃)= 12кг.÷160кг./моль=0,075кмоль
3. Запишем уравнение реакции восстановления железа:
Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O
4. Анализируем уравнение реакции: по уравнению реакции из 1кмоль оксида железа(lll) образуется 2кмоль железа, по условию задачи в реакцию вступило 0,075кмоль оксида железа(lll), значит железа образуется в два раза больше кмоль: n(Fe)=0,075кмольх2=0,15кмоль
5. Определяем молярную массу железа и массу теоретического выхода:
M(Fe)=56кг./кмоль
m₁(Fe)=n(Fe)xM(Fe)=0.15кмоль х56кг./кмоль=8,4кг.
6. Определяем массу железа составляющую 80% от теоретически возможного:
m₂(Fe)=ω%×m₁(Fe) ÷100%=80%x 8.4кг.÷100%=6,72кг.
7. ответ: получится 6,72кг. железа.
2)
Дано:
m(Fe₂O₃)=8кг.
ω%(вых. Fe)=85%
m₂(Fe)-?
1. Определим молярную массу оксида железа(lll):
M(Fe₂O₃)=56x2+16x3=160кг./кмоль
2. Определим количество вещества n в 8кг. оксида железа(lll):
n(Fe₂O₃)= m(Fe₂O₃)÷M(Fe₂O₃)= 8кг.÷160кг./моль=0,05кмоль
3. Запишем уравнение реакции восстановления железа:
Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O
4. Анализируем уравнение реакции: по уравнению реакции из 1кмоль оксида железа(lll) образуется 2кмоль железа, по условию задачи в реакцию вступило 0,05кмоль оксида железа(lll), значит железа образуется в два раза больше кмоль: n(Fe)=0,05кмольх2=0,1кмоль
5. Определяем молярную массу железа и массу теоретического выхода:
M(Fe)=56кг./кмоль
m₁(Fe)=n(Fe)xM(Fe)=0.1кмоль х56кг./кмоль=5,6кг.
6. Определяем массу железа составляющую 85% от теоретически возможного:
m₂(Fe)=ω%×m₁(Fe) ÷100%=85%x 5,6кг.÷100%=4,76кг.
7. ответ: получится 4,76кг. железа.
