Рис. 3. Электрохимическая цепь или гальванический элемент

 

Разность электрических потенциалов двух электродов в такой цепи называют электродвижущей силой цепи (ЭДС). Значение ЭДС - Е может быть определено на основании показаний гальванометра, что позволяет сравнивать потенциалы электродов друг с другом.

Таким образом, электродным потенциалом называют ЭДС электрохимической цепи - гальванического элемента, составленного из исследуемого электрода и стандартного водородного электрода.

Рис.4. Электрохимическая цепь со стандартным водородным электродом: 1-стандартный водородный электрод, 2-исследуемый электрод,

 3 - электролитический ключ

Стандартный электродный потенциал - это потенциал электрода при стандартных условиях (Т=298К; С=1 моль/л), его обозначают символом j⁰. Эти потенциалы определены для многих окислительно-восстановительных систем и обычно приводятся в химических справочниках. Если электроды расположить в порядке возрастания потенциала, то мы получим таблицу, называемую рядом стандартных электродных потенциалов.

Таблица 17. Стандартные электродные потенциалы некоторых металлов

Катион/металл	jо, В	Катион/металл	jо, В	Катион / металл	jо, В
Li+/ Li	-3,045	Al3+ / Al	-1,700	Sn2+/ Sn	-0,141
Rb+/ Rb	-2,925	U3+ / U	-1,690	Pb2+/ Pb	-0,126
K+/ K	-2,924	U4+ / U	-1,425	Fe3+/ Fe	-0,037
Cs+/ Cs	-2,923	Ti3+/ Ti	-1208	H+/ H2	+–0,000
Ra2+/ Ra	-2,916	Mn2+ / Mn	-1,192	Bi3+ / Bi	+0,317
Ba2+/ Ba	-2,905	V2+ / V	-1,125	Cu2+/ Cu	+0,338
Sr2+/ Sr	-2,888	Cr2+/ Cr	-0,852	Cu+/ Cu	+0,518
Ca2+/ Ca	-2,864	V3+/ V	-0,835	Tl3+/ Tl	+0,741
Катион/металл	jо, В	Катион/металл	jо, В	Катион / металл	jо, В
Na+ / Ca	-2,711	Zn2+/ Zn	-0,763	Hg22+/ Hg	+0,796
Ac3+ / Ac	-2,600	Ga3+/ Ga	-0,560	Ag+/ Ag	+0,799
La3+/ La	-2,522	Fe2+/ Fe	-0,441	Hg2+/ Hg	+0,852
Y3+ / Y	-2,372	Cd2+/ Cd	-0,404	Pd2+/ Pd	+0,915
Mg2+/ Mg	-2,370	In3+/ In	-0,338	Pt2+/ Pt	+1,2
Sc3+ / Sc	-2,077	Tl+ / Tl	-0,336	Au3+ / Au	+1,498
Th4+ / Th	-1,875	Co2+/ Co	-0,277	Au+/ Au	+1,691
Be2+ / Be	-1,847	Ni2+/ Ni	-0,234

 

При помощи ряда стандартных электродных потенциалов можно характеризовать некоторые химические свойства металлов. Например, его применяют для выяснения, в какой последовательности восстанавливаются ионы металлов при электролизе, а также при описании других свойств металлов.

Из ряда стандартных электродных потенциалов следует:

1. Восстановительная активность металлов убывает, а окислительная активность положительных ионов металлов возрастает с увеличением алгебраической величиной электродного потенциала.

2. Каждый предыдущий металл вытесняет все следующие за ним металлы из растворов их солей.

3. Все металлы с отрицательными стандартными электродными потенциалами вытесняют водород из разбавленных кислот, анионы которых не проявляют окислительных свойств, и при этом растворяются в них.

4. Электрод с меньшей алгебраической величиной электродного потенциала является анодом по отношению к электроду с большей величиной потенциала в гальванической цепи.

Последовательность, представленная в ряду напряжений, сохраняется только для стандартных условий. При изменении условий величина электродного потенциала изменяется.

Контрольные задания

404. Как действует разбавленная и концентрированная серная кислота на магний, алюминий, ртуть? Составьте уравнения реакций.

405. Составьте формулы оксидов, в которых марганец проявляет степень окисления +2 и +7. Напишите уравнения реакций, характеризующих их основные и кислотные химические свойства.

406. Дайте общую характеристику металлов подгруппы меди. Как изменяется их восстановительная активность?

407. Охарактеризуйте отношение алюминия к воде, кислотам: HCl, H₂SO₄, HNO₃ и щелочам. Составьте соответствующие уравнения реакций.

408. Дайте общую характеристику металлов подгруппы алюминия. Как изменяется энергия ионизации и восстановительная активность элементов этой подгруппы?

409. Составьте формулы оксидов и гидроксидов, в которых марганец проявляет степени окисления +2 и +4. Какой из этих оксидов проявляет амфотерные свойства? Напишите для него уравнения реакций, доказывающие амфотерность.

410. Закончите следующие уравнения реакций:

а) Pb+H₂SO₄ (разб.)→

 б) Pb+H₂SO₄ (конц.) →

                                             в) Pb+Cl₂→

411. Исходя из положения никеля в периодической системе, дайте его характеристику. Составьте формулы оксидов, гидроксидов и соединений с неметаллами.

412. Докажите амфотерные свойства оксида и гидроксида алюминия. Напишите реакцию алюминия с водным раствором гидроксида калия.

413. Закончите следующие уравнения реакций:

                                              а) Ni+соль→

б) Ni+HNO₃ (разб.)→

в) Ni+HNO₃ (конц.)→

414. Исходя из положения хрома в периодической системе, дайте его характеристику. Составьте формулы оксидов и соответствующих гидроксидов, определите их кислотно-основной характер.

415. Какие из перечисленных металлов: Ni, Pb, Mg, Zn взаимодействуют с раствором щелочи? Напишите соответствующие уравнения реакций.

416. Закончите следующие уравнения реакций:

                                             а) Cu+ AgNO₃ →

б) Cu+H₂SO₄ (конц.)→

в) Cu+HNO₃ (разб.)→

417. Составьте формулы оксидов и гидроксидов, в которых хром проявляет степень окисления 2+, 3+, 6+. Какой из этих оксидов проявляет только окислительные свойства и почему?

418. Докажите амфотерные свойства оксида и гидроксида цинка. Можно ли получить гидроксид цинка взаимодействием хлорида цинка и концентрированного раствора аммиака? Дайте пояснения.

419. Закончите следующие уравнения реакций:

а) Са + Н₂О→     б) Са + H₂SO₄(конц.)→     в) Са + HNO₃(конц.)→

420. Исходя из положения железа в периодической системе, дайте его характеристику. Составьте формулы оксидов, гидроксидов, определите их кислотно-основной характер.

421. В каком случае возможно вытеснение металла из раствора его соли:

   а) CaCl₂+Al→                   б) Fe₂(SO₄)₃+Zn→

   в) AgNO₃+Cu→                г) NiSO₄+Sn→

Дайте пояснения, используя ряд стандартных электродных потенциалов.

422. Закончите следующие уравнения реакций:

а) Al + Fe₂О₃→

       б) Al + HNO₃ (разб.)→

в) Al + NaOH→

423. Какое соединение марганца: MnO, MnO₂, K₂MnO₄, KMnO₄. проявляет только окислительные свойства? Почему?

424. Напишите уравнения реакций взаимодействия оксида и гидроксида Cr (ІІІ) с кислотой H₂SO₄ и основаниями NaOH и NH₄OH. Учтите склонность катиона Cr³⁺ к комплексообразованию.

425. Закончите следующие уравнения реакций:

а) Zn + NiSO₄→

        б) Zn + H₂SO₄ (конц.)→

       в) Zn + HNO₃ (разб.)→

426. Составьте формулы оксидов и гидроксидов, в которых железо проявляет степень окисления 2+, 3+, 6+. Какой из этих оксидов проявляет амфотерные свойства? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

427. В каком случае возможно вытеснение металла из раствора его соли:

   а) CuCl₂+Al→                   б) NiSO₄+Fe→

   в) KNO₃+Fe→                   г) Zn(NO₃)₂+Al→

Дайте пояснения, используя ряд стандартных электродных потенциалов.

428. Закончите следующие уравнения реакций:

а) Sn+NaOH→

        б) Sn+ HNO₃ (конц.)→

      в) Sn+HNO₄ (разб.)→

429. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: хром → хлорид хрома (II) → гидроксид хрома (II) → гидроксид хрома (III) → сульфат гидроксохрома (III) → сульфат хрома (III) → хром.

430.Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения, назовите веществка:

Fe(NO₃)₃ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe → FeCl₂ → FeSO₄ → FeCl₃

431. Осуществите превращения, назовите вещества:

Cr → Cr₂O₃ → Cr₂(SO₄)₃ → K₂Cr₂O₇

    ↓                                                                        

    Х→Cr(OH)₃ →NaCrO₂

432. Закончите уравнения реакций:

                    HNO₃ (разб) + Zn →

                   HNO₃ (конц) + Cu →

                   HNO₃ (разб) + Сu →

                   HNO₃ (оч.разб) + Ca →

433. Медь, её получение, свойства соединений. Соли меди, их применение. Медь как микроэлемент. Рассчитайте массу медного купороса, необходимого для приготовления 300 мл 0,02 н раствора.

434. Напишите электронную формулу атома Cr и катиона Cr³⁺.

Сравните кислотно- основные свойства гидроксидов хрома (II), (III), (VI).

435. Осуществите превращения:                                      

FeCI₂ ← Fe → FeCI₃ → FeOHCI₂                                                                      

                                                                                                             

Fe(OH)₂→ Fe(OH)₃ ← Fe(OH)₂CI

Значение соединений железа для живых организмов.

436. Используя метод электронного баланса, подберите коэффициенты для этих реакций окисления-восстановления, предварительно закончив их:

Ca + H₂SO₄ (конц) →

Mg + HNO₃ (разб) →

Mg + HNO₃ (конц) →

437. Осуществите превращения:

                     Сr(OH)₂

Сr₂O₃→ Сr → СrSO₄                 Сr (OH)₃

               Сr ₂(SO₄)₃

Назовите продукты.

438. Осуществите превращения:

                       Fe(OH)₂

FeO₃→Fe→FeSO₄                         Fe(OH)₃

           A Fe₂(SO₄)₃

                           Б

Назовите продукты.

Как можно различить соединения А и Б.

439. Щелочные металлы. Роль калия и натрия в биохимии растений. Осуществите превращения:                                          

Х→Na →Na₂O₂ → Na₂O → Na₂SO₄ →         BaSO₄                                                               

440. Осуществите превращения:

цинк→нитрат цинка→гидроксид цинка→цинкат натрия→хлорид цинка.

Какую среду будет иметь раствор нитрата цинка в воде. Ответ поясните.

441. Марганец. Приведите характерные степени окисления этого элемента. Как изменяются кислотно-основные свойства в ряду оксидов и гидроксидов: МnO, MnO₂, Mn₂O₇, Mn(OH)₂, Mn(OH)₄, HMnO₄. Марганец как микроэлемент.

442. Осуществите превращения:

Al нитрат алюминия  гидроксид алюминия  хлорид алюминия → хлорид гидроксоалюминия.

Для уравнения 1 приведите схему электронного баланса, определите окислитель и восстановитель. Уравнения  3, 4 запишите в молекулярном и полном и кратком ионно-молекулярном виде.

443. Перманганаты – сильные окислители. Какие продукты восстановления дают перманганаты в зависимости от среды?

444. Почему перманганат калия в больших концентрациях является ядом для организма? Какова биологическая роль марганца в организме?

445. Алюмосиликаты как почвообразующие материалы, их значение для плодородия почв.

446. Соли алюминия применяют в медицинской практике против повышенной кислотности желудка. Объясните, почему их надо принимать с осторожностью.

447. Железо, кобальт, никель – прекрасные комплексообразователи. Какие особенности электронного строения определяют эти свойства? Приведите примеры комплексных соединений этих металлов.

448. При изготовлении рентгеновских пленок, фотопленок используют галогениды серебра. На каких реакциях основано применение этих светочувствительных соединений?

449. Медь является микроэлементом. Какую роль выполняют ионы Сu¹⁺ и Сu²⁺ в живых организмах?

450. Какова биологическая роль железа в живых организмов?

451. Каков механизм токсичного действия растворимых солей меди, серебра и золота на организм? Почему при отравлении соединениями серебра применяют хлорид натрия?

452. Кобальт и никель – микроэлементы. В каких биохимических процессах они участвуют? Назовите комплексообразователь в молекуле витамина В₁₂.

453. Какие ионы обусловливают жесткость воды. Перечислите способы устранения жесткости воды.

454. Одинаковые ли реакции будут протекать, если в стакан с раствором щелочи добавить одну каплю раствора сульфата цинка и наоборот в стакан с раствором сульфата цинка добавить одну каплю раствора щелочи? Напишите уравнения протекающих реакций в молекулярном и ионном виде. Какое свойство гидроксида цинка проявляется в этих реакциях?

455. В какой форме хром (III) существуют в кислотном и щелочном растворах? Приведите уравнения реакций, иллюстрирующих кислотно-основные свойства гидроксида хрома(III).

456. В какой среде - кислой или щелочной – окислительные свойства иона МпО₄^- проявляются в наибольшей степени и чем это объясняется? Напишите уравнения реакций взаимодействия КМпО₄ с восстановителем в различных средах.

457. Концентрированные растворы и твердые щелочи оказывают разъедающее действие на ткани. Объясните почему.

458. Какие элементы входят в состав зубов и костей? Приведите примеры соединений.

459. Какие функции в организме выполняет витамин В₁₂? Назовите комплексообразователь в молекуле В₁₂. Что общего в структурах молекул гемоглобина и витамина В₁₂?

460. Соединением 3,65 г Mg с азотом получено 5,05 г нитрида магния. Найдите его формулу.

461.С какими из перечисленных веществ будет реагировать магний: а) в обычных условиях; б) при повышенной температуре: O₂, H₂, Br₂, H₂O, H₂SO₄, HNO₃, NaCl, AlCl₃, Cu(OH)₂, SiO₂.

462. Напишите уравнения всех возможных реакций между гидроксидом кальция и фосфорной кислотой, назовите соли. Где применяются полученные соли?

463. С какими из перечисленных веществ будет реагировать алюминий: а) в обычных условиях; б) при повышенной температуре: O₂, Cl₂, HCl, CuCl₂, CaCl₂, H₂O, H₂SO₄, KOH, Cu(OH)₂.

464. В зависимости от концентрации ионов водорода в растворе хроматы и дихроматы взаимно переходят друг в друга. Составьте молекулярные и краткие ионные уравнения реакций переходов.

Аналитическая химия

Аналитическая химия - это наука о принципах, методах и средствах определения качественного и количественного состава вещества.

Современная аналитическая химия включает три раздела: качественный химический анализ, количественный химический анализ и инструментальные (физические и физико-химические) методы анализа.

Качественный химический анализ - это обнаружение (открытие) химических элементов, ионов, молекул в анализируемом веществе.

Количественный анализ – раздел аналитической химии, в котором рассматриваются различные методы определения количественных соотношений между элементами в соединениях, содержания определяемого компонента в анализируемом веществе. Результаты определений обычно выражают в массовых долях, %.

С помощью количественного анализа находят массовые соотношения между элементами в соединениях, определяют количество растворенного вещества в определенном объеме раствора, иногда узнают содержание какого-нибудь элемента в однородной смеси веществ. Количественный анализ позволяет биологам получить необходимые сведения о составе организмов животных и растений, изучить влияние отдельных элементов на их рост, развитие и продуктивность.

Основные объекты количественного исследования в сельском хозяйстве – это почва, растения, удобрения, сельскохозяйственные яды, корма и т.п..

 Методы количественного анализа основаны на зависимости между составом вещества и его свойствами, их классифицируют по характеру измеряемого свойства (масса осадка, интенсивность окраски, объемы взаимодействующих веществ и др.) или по способу регистрации аналитического сигнала.