Electrochimie; Sarcini OKTV; Grupul de talente VeBio

5/o-1 (2/2/2008)

La o porțiune de 10,0 cm 3 dintr-o soluție de acid formic s-au adăugat 20 cm 3 de acid sulfuric 20% și 2 g de KBr. Acidul formic este descompus cu brom elementar, care este preparat prin electroliza soluției. Pentru a descompune cantitatea totală de acid formic, trebuie să electrolizăm la un curent de 3,00 timp de 83,7 secunde.

a) Scrieți ecuația proceselor care au loc!
b) Care este pH-ul soluției inițiale de acid formic (înainte de adăugarea acidului sulfuric)?

Ks [HCOOH] = 1,78 · 10 -4 mol/dm 3; F = 96500 C/mol

5/o-2 (2/2/2008)

Utilizarea nichelului ca strat protector sau decorativ pentru o mare varietate de obiecte este foarte frecventă. Cea mai simplă modalitate de aplicare a stratului de nichel este conectarea metalului care trebuie acoperit ca un catod într-o celulă de electroliză, iar electrolitul este o soluție apoasă de sare de nichel. Această operație este galvanizată.

Cu toate acestea, există și o versiune fără curent a depunerii stratului de nichel, care, deși este mai scumpă decât galvanizarea convențională, este competitivă prin aceea că un obiect cu detalii fine trebuie acoperit și este esențial pentru anumite materiale (de exemplu, materiale plastice).

Esența procesului este de a scufunda obiectul care urmează să fie acoperit într-o soluție apoasă de NiCl2 sau NiSO4 și apoi adăugați un agent de reducere puternic. Ionii de nichel sunt reduși la nichel elementar, care, dacă condițiile sunt alese cu precizie, îi depune într-un strat uniform pe suprafața obiectului. Cel mai bine dovedit agent reducător este hipofosfitul de sodiu (NaH2PO2), o sare a unui acid monovalent numit acid hipofosforic.

Hipofosfatarea este acidă sau într-un mediu neutru conform următoarei ecuații de reacție care urmează să fie completată:
H2PO 2– + H2O → HPO3 2– + H3O + + e–

a) Desenați formula structurală a moleculei de acid hipofosforic!
b) De ce nu se aplică zincării suprafeței materialelor plastice cu nichel?
c) Scrieți ecuația reacției în timpul separării electrice fără nichel!

Un obiect cu o suprafață totală de 240 cm 2 trebuie să fie dezbrăcat de nichel gros de 30 μm (1 μm = 10-6 m).

d) Calculați costul teoretic al depunerii stratului de nichel menționat mai sus pentru electroliză și în cazul metodei neputincioase! Electroliza se efectuează la 3,0 V.

1 kg NiSO4 · 7 H2O preț 23400 HUF
Prețul de 1 kg NaH2PO2 · H2O este de 16000 HUF
Prețul de 1 kWh de energie electrică este de 38 HUF
și W = U · I · t

5/o-3 (26.02.2011)

Nu este ușor să oxidați alcoolii primari pentru a forma doar aldehida corespunzătoare. O metodă adecvată este electroliza într-un mediu neapos.

Pentru a efectua oxidarea, o celulă de electroliză de 100 cm 3 (celula I) este încărcată cu 80 cm 3 dintr-un amestec 9: 1 de metanol și acid acetic, cântărit cu 2,44 g (4-metilfenil) metanol și 0,44 g NaBF4 .et (această sare non-reactivă nu este implicată în reacțiile electrodului). O altă celulă de 100 cm 3 (celula II) a fost încărcată cu 80,0 cm 3 dintr-o soluție apoasă de KI 1,00 mol/dm 3. Cele două celule sunt conectate în serie și curentul este trecut prin ele. La sfârșitul electrolizei, II. Se iau 5,00 cm 3 din soluția din celulă și iodul precipitat este titrat cu 0,300 mol/dm 3 soluție de tiosulfat de sodiu: pierderea este de 11,2 cm 3. (Modificarea volumului soluției în timpul electrolizei este neglijabilă.)

a) Notați anexa II. ecuația proceselor de electrod care au loc în celulă!
b) Scrieți ecuația de titrare!
c) Câtă sarcină a trecut prin celule dacă II. în celulă, 100% din sarcina trecută a fost dedicată oxidării iodurii?

În celula I s-a format para-metilbenzaldehidă. După finalizarea electrolizei, s-a adăugat apă la amestecul de reacție, substanțele organice au fost dizolvate în dietil eter, iar materialul inițial rămas și produsul au fost separate de amestec prin distilare. Cantitatea de para-metilbenzaldehidă a fost de 2,06 g.

d) Care este rolul NaBF4 în celulă?
e) Scrieți ecuația reacției anodice în celula I.!
f) Care este randamentul procentual de para-metilbenzaldehidă?
g) Ce procent din curent a fost utilizat pentru oxidarea (4-metilfenil) metanolului din celula I, presupunând că nu am avut pierderi în timpul izolării produsului?

5/o-4 (26.06.2013)

Industria chimică produce cantități uriașe de clorat de sodiu (NaClO3) prin electroliza soluției de NaCl cu agitare continuă. În timpul etapelor inițiale ale procesului, ionii de clorură sunt oxidați la anod, dar clorul format este eliminat neglijabil din electrod, deoarece reacționează imediat cu apa. La catod are loc practic doar reducerea apei.

a) Scrieți ecuația celor trei reacții menționate mai sus!

Cloratul se poate forma în două moduri:

În soluția de electroliți, acidul hipocloros este disproporționat la clorură și clorat
Prin oxidarea anodică a hipocloritului. S-a constatat că în condițiile date acest proces are loc cu o bună aproximare pe suprafața electrodului în conformitate cu următoarea stoichiometrie:

12 OCl - + 6 H2O → 4 ClO3 - + 12 H + + 8 Cl - + 3 O2 + 12 e -

b) Scrieți ecuația disproporției!
c) Cel puțin câte tone de sare de rocă sunt necesare pentru a produce 1,0 t de NaClO3?

În procesul industrial, condițiile sunt alese astfel încât cloratul să nu se formeze în primul rând prin oxidare anodică.

d) Teoretic, de câte ori ar fi necesară mai multă energie electrică pentru a produce o cantitate dată de clorat de sodiu dacă se formează clorat pe ruta 2 (prin oxidare anodică) în loc de ruta 1?
e) În caz de funcționare continuă și 100% consum de energie, câte t NaClO3 produce o celulă pe zi? Electroliza se efectuează la un curent de 75,0 kA și 15% din clorat este format prin oxidarea canodului.
f) Prin măsurarea cantității de oxigen format în celulă, se poate verifica dacă proporția de clorați se formează prin oxidare anodică. Dacă acest raport este de 15% așa cum s-a dat mai sus, atunci care va fi raportul de volum al hidrogenului și oxigenului format pe electrozi?

5/o-5 (02.02.2014)

Electroliza soluției apoase de amoniac pură este dificilă, deoarece rezistența soluției este ridicată. Acest lucru poate fi ajutat prin administrarea KOH.
a) De ce adăugarea de KOH reduce rezistența soluției?

În timpul electrolizei soluțiilor de amoniac care conțin KOH, evoluția gazelor incolore este observată pe ambii electrozi de platină. Gazul care evoluează la catod este de asemenea planificat să fie utilizat ca purtător de energie.

Volumul de gaz evoluat la anod depinde și de compoziția soluției, de structura echipamentului și de tensiunea aplicată. Volumul maxim măsurabil este de o dată și jumătate minim, dar chiar și atunci atinge doar 50% din volumul de gaz care evoluează la catod. (Desigur, testarea gazelor în aceeași stare.)

b) Scrieți ecuația de reacție a proceselor care au loc pe electrozi!

Pentru aplicații practice, ei încearcă să mențină cantitatea de gaz care evoluează la anod aproape de minim. Într-un astfel de caz, electroliza a fost efectuată cu un curent de 500 mA. Un electrod a dezvoltat 12,0 cm 3 de gaz și celălalt 4,4 cm 3 de gaz (la 25 ° C și 101 kPa).

c) Câte secunde a durat măsurarea?
d) Ce gaze conțineau cele două gaze? (În cazul unui amestec, dați compoziția procentuală în volum!)

5/o-6 (02.02.2015)

Descompunerea apei se realizează prin electroliza soluției de sulfat de potasiu între electrozii de platină. În timpul electrolizei timp de 10 minute, un volum de gaz de 22,00 cm 3 a fost dezvoltat la catod și 10,60 cm 3 la anod. După uscare, volumele au fost măsurate la 22,0 o C și 997 hPa.

a) Scrieți ecuația procesului catodic și reacțiile care au loc la anod, ținând cont de faptul că la anod se formează puțin ozon pe lângă produsul principal!
b) La ce curent s-a efectuat electroliza?
c) Care este procentul volumic de ozon conținut în amestecul de gaze format la anod?

Concentrația de ozon a amestecurilor de gaze care conțin ozon poate fi determinată prin trecerea amestecului printr-o plasă de argint (ca catalizator) prin care ozonul se descompune în dioxigen. Din creșterea volumului, se poate calcula conținutul de ozon al amestecului original.

d) Ce procentaj de creștere a volumului s-ar măsura într-un astfel de experiment (în raport cu volumul amestecului gazos de pornire) dacă gazul dezvoltat la anod ar fi trecut prin rețeaua de argint?

5/o-7 (02.02.2016)

Microorganismele se pot instala cu ușurință în sistemul de apă caldă al clădirilor. Împotriva lor, dezinfectarea standard nu este la fel de eficientă, deoarece clorul și ozonul sunt mai puțin solubile în căldură.
Antimicrobienele obișnuite în astfel de cazuri sunt ionii de cupru (II) și argint. Împreună, acestea pot fi eficiente la concentrații de 3 mg/dm 3 pentru cupru (II) și 0,3 mg/dm 3 pentru argint.
Cu toate acestea, dacă pH-ul apei este peste 8, eficiența lor este, de asemenea, redusă semnificativ.

a) Dați ecuația reacțiilor care sunt responsabile pentru această reducere a eficienței!

Acești doi ioni metalici sunt de obicei introduși în apă într-o celulă de electroliză prin flux.

b) Cele două plăci metalice trebuie conectate la celulă sub formă de catod sau anod?
c) Ce curent trebuie să treacă prin electrodul de cupru sau de argint dacă apa care intră în sistemul de apă caldă curge prin celulă la 13 l/min?

Concentrația celor doi ioni metalici în sistemul de apă caldă trebuie monitorizată și înlocuită constant. Dacă intră prea mult material, decolorarea neagră poate apărea pe suprafețele de porțelan alb în contact cu materialele organice.

d) Care ar putea fi acest material negru?

Programul spațial rusesc folosește, de asemenea, echipamente similare (dar numai cu argint) pentru a dezinfecta sistemul de apă al navei spațiale. Americanii, pe de altă parte, se dezinfectează cu iod, așa că atunci când sosesc navetele spațiale, apa poate fi schimbată doar între cele două sisteme după o curățare suplimentară.

e) Ce reacție nedorită s-ar produce dacă cele două ape tratate ar fi amestecate?