Электродные окислительно-восстановительные потенциалы




Скачать 130.67 Kb.
НазваниеЭлектродные окислительно-восстановительные потенциалы
Дата конвертации08.03.2013
Размер130.67 Kb.
ТипРешение
Тема: Электродные окислительно-восстановительные потенциалы.

Типовые примеры задач с решением.


Пример I.

Определить величину равновесного окислительно-восстановительного потенциала.

Pt │ SnCl4 , SnCl2 , если Е0Sn+4/Sn+2 = 0.15 В и t = 250C.

0.01моль/л; 0.001моль/л

Решение:

В этом примере Z=2, т.к. в электродной реакции принимают участие два электрона: Sn+4+2ē=Sn+2. Окисленная форма- Sn+4,а восстановленная форма- Sn+2.Для приближенного расчета можно принять, что активности ионов Sn+4 и Sn+2 равны их концентрациям: [Sn+4]=0,1моль/л и[Sn+2]=0,001моль/л. Тогда, согласно основному уравнению Нернста

получим:

Ep = 0,15 + 0,059/2·lg0,01/0,001 = 0,18 B.

Пример 2.

Определить величину равновесного потенциала серебряного электрода в 0,1 м растворе AgNO3 (E0Ag=0,8 B).

Решение:

Принимая αAg+ = [Ag+] ,согласно уравнению Нернста для металлического электрода ,

имеем: Ep=0,8+0,059/1·lg0,1= 0,8-0,059= 0,741 B.


Пример 3.

Чему равно отношение активностей (концентраций) ионов в растворе, если величина равновесного окислительно-восстановительного потенциала равна 0,711 В (E0Fe3+/Fe2+ = 0,77 B,t = 250C)?

Решение:

Согласно основному уравнению Нернста:

Ep = E0Fe3+/Fe2++0,59/1·lg(α Fe3+Fe2+), тогда

lg(α Fe3+Fe2+) = (Ep-E0Fe3+/Fe2+)/0,059 = (0,711-0,77)/0,59 = -1

α Fe3+Fe2+ = 0,1 или [Fe3+]/[Fe2+] ≈ 0,1.


Пример 4.

Определить концентрацию ионов меди в растворе, если равновесный потенциал медного электрода в растворе СuSO4 при температуре 250C равен 0,281 B (E0Cu = 0,34 B).

Решение:

Согласно уравнению Нернста для металлического электрода

0,281 = 0,34 + 0,059/2·lgαCu2+, тогда lgαCu2+ = 2· (0,281-0,34)/0,059 = -2

αCu2+ = 0,01моль/л , [Cu2+] ≈ 0,01моль/л


Пример 5.

Сколько электронов принимают участие в электродном процессе Mez++Zē=Me ,если при увеличении концентрации ионов Mez+ в два раза равновесный потенциал возрос на 0,006 B (t = 250C)?

Решение:

Принимая αMe2+ = [Mez+] ,согласно уравнению Нернста для металлического электрода,

E′p = E0Me + 0,059/Z·lg[Mez+]′

E′′p = E0Me + 0,059/Z·lg[Mez+]′′

Ep′′-Ep′ = 0,059/Z·lg[Mez+]′′/[Mez+]′

0,006 = 0,059/Z·lg2 , отсюда Z = 3


Пример 6:

Определить при t=250C равновесный окислительно-восстановительный потенциал платинового электрода в растворе ,содержащем цитохром ƒ3+ и цитохром ƒ2+ .Концентрация цитохрома ƒ3+в 5 раз больше, чем цитохрома ƒ2+ . Окислительно-восстановительное равновесие на платиновом электроде

цитохром ƒ3+(Fe3+)+ē = цитохром(Fe2+).

E0цит ƒ 3+/ цит ƒ 2+ = 0,365 B.

Решение:

Так как в окислительно-восстановительном равновесии принимают участие только ионы железа, то, согласно основному уравнению Нернста, имеем:

Ep = E0цит⌠3+/ цит ƒ2+ + 0,059/1·lg [цит ƒ3+]/[цит ƒ2+]

Ep = 0,365+0,059·lg5 = 0,365+0,041 = 0,406 B.


Пример 7:

Определить при t = 250C и pH = 7 равновесный окислительно-восстановительный потенциал платинового электрода в растворе, содержащем оксалоацетат (0,002моль/л) и малат (0,001моль/л).

Е0Iоксал/мал = -1,66 В.Как изменится равновесный потенциал, если оксалоацетат на 50% восстановится в малат?

Решение:

Так как в окислительно-восстановительном равновесии

Оксалоацетат + 2Н+ + 2ē = малат

принимают участие ионы водорода, то, согласно уравнению Нернста для биологических систем

при рН = 7

Ep= E0Iоксал/иал + 0,03·lg[оксалоацетат]/[малат]

Ep= -0,166 + 0,03·lg0,002/0,001 = -0,157 В.

При восстановлении оксалоацетата на 50% его концентрация уменьшится на 0,002·0,5=0,001моль/л и станет равной 0,002-0,001=0,001 моль/л.Так как оксалоацетат при восстановлении образует малат, то концентрация малата увеличится на 0,001моль/л и станет равной 0,002 моль/л.тогда равновесный потенциал уменьшится:

Ep = -0,166+0,03·lg0,001/0,002 = -0,175 В.

Изменение потенциала будет равно (-0,175)-(-0,157) = -0,018 В.


Пример 8:

Определить отношение активностей (концентраций) фумарата и сукцината в растворе при =250С и рН=5,если равновесный окислительно-восстановительный потенциал платинового электрода равен 0,083 В. Окислительно-восстановительное равновесие на платиновом электроде:


СН-СООСН2-СОО

║ + 2Н+ + 2ē = │ E0Iфум/сукц = 0,031 В.

СН-СООСН2-СОО

Фумарат Сукцинат

Решение.

Так как рН раствора не равно 7,то в расчете необходимо применять уравнение Нернста для биологических систем:

;


Ep= E0фум/сукц - 0,059рН + 0,03·lg αфумсукц. Для определения E0фум/сукц воспользуемся уравнением :


,


E0Iфум/сукц = E0фум/сукц - 0,41

E0фум/сукц = E0Iфум/сукц+ 0,41 + 0,031 + 0,41 = 0,441 В.

Тогда lg αфумсукц =(Ep - E0фум/сукц + 0,59рН)/0,03 = (0,086 - 0,041 + 0,059·5)/0,03= -2

αфумсукц = 0,01 или [фумарат]/[сукцинат] ≈ 0,01.


Пример 9.

Какой процент НАД+ восстановился до НАДН при добавлении в раствор лактата, если равновесный окислительно-восстановительный потенциал платинового электрода изменился от

-0,320В до -0,329В? Исходные концентрации НАД+ и НАДН равны 0,05 М(t=250С и рН=7).

Решение:

Согласно уравнению Нернста для биологических систем при рН = 7

Ep= E0Iнад+/надн + 0,03·lg[НАД+]′/[НАДН]′

Ер″= E0Iнад+/надн + 0,03·lg[НАД+]′′/[НАДН]′′

Ер″- Ep′ = 0,03 (lg[НАД+]′′/[НАДН]′′- lg[НАД+]′/[НАДН]′) = 0,03 lg[НАД+]′′· [НАДН]′/[НАДН]′′ · [НАД+]′

(-0,329) – (0,320) = 0,03·lg (0,05-Х) ·0,05/(0,05+Х) ·0,05

lg (0,05-Х)/(0,05+Х)=-0,3.

Х=0,017моль/л. Так как концентрация НАД+ уменьшилась на 0,017моль/л ,то при добавлении лактата восстановилось 0,017/0,05·100 = 33,3% НАД+

НАД+ + СН3-СН─СОО= НАДН + Н+ + СН3─С─СОО

│ ║

ОН О


Задачи для самостоятельного решения.

  1. Платиновый электрод погружен в раствор, содержащий этаналь (0.01н) и этанол (0.05н). Рассчитать, как изменится потенциал платинового электрода, если концентрацию альдегида увеличить до 0.1н. . Е0/этаналь/этанол= - 0.197 В. t = 250С , рН = 7.

  2. Рассчитать, чему равно соотношение концентраций фумарата и сукцината в растворе, если потенциал платинового электрода в этом растворе равен 0.04В. Eo/(фумарат/сукцинат)= -0,031 В.рН = 7. t = 250С

  3. Рассчитать равновесный потенциал платинового электрода, погруженного в раствор, содержащий соли: FeCl2 (0.25н) и FeCl3 (0.25н). Е0Fe3+/Fe2+= 0.77 В. t = 250С. Как изменится потенциал при увеличении концентрацииFeCl3 до 0.5н ?

  4. Соотношение концентраций этаналя и этанола в растворе равно 0.2. Рассчитать, как изменится значение равновесного окислительно-восстановительного потенциала платинового электрода, помещенного в этот раствор, если при окислении 20% этанола превратилось в этаналь. рН = 7, t = 250С.

  5. Рассчитать, как изменится равновесный потенциал платинового электрода, опущенного в раствор, содержащий НАДФ+ и НАДФН, при нейтрализации раствора от рН = 6 до рН=7. Е0/НАДФ/ НАДФН= - 0.324 В.



Тема: Электродвижущая сила. Потенциометрия.

Типовые примеры задач с решением.


Пример 1

Определить величину равновесного потенциала водородного электрода при t = 250С и р=1атм в 0,1М растворе гидразина.

N2H4 + H2O = N 2H5 + OH (K = 1,2·10-6)

Решение:

Находим значение рН раствора гидразина:

Сон- = √КС = √1,2·10-6·0,1 = 3,4·10-4моль/л

рОН = -lgСон- = - lg 3,4·10-4 = 3,47

рН = 14 – рОН = 14 – 3,47 = 10,53

Согласно уравнению Нернста для водородного электрода

Ep = -0,059рН = -0,059·10,53 = -0,621В.


Пример 2:

Как изменится потенциал водородного электрода в бикарбонатном буферном растворе при добавлении раствору соли NaHCO3?

Решение:

При добавлении к буферному раствору соли, согласно уравнению рН = рКН2СО3 + [НСО3]/[Н2СО3], воз- растает величина рН. Следовательно, потенциал водородного электрода будет уменьшаться ().


Пример 3:

Как изменяется активность (концентрация) тонов в физиологическом растворе при протекании биохимической реакции, если ЭДС элемента увеличится?

Рt (ХГ) | физ. раствор || KCl,Hg2 Cl2 | Hg

Равновесный потенциал каломельного электрода равен 0,244В.

Решение:

ЭДС элемента . Для самопроизвольного процесса ЭДС всегда положительна.

Так как равновесный потенциал хингидронного электрода (Ехг) больше равновесного потенциала каломельного электрода (Екал), то ε = Ехг - Екал . Величина ε может увеличиваться при возрастании Ехг. Согласно уравнению

это возможно только при уменьшении рН, следовательно, активность (концентрация) ионов водорода в растворе увеличивается.


Пример 4:

Определить кислотность желудочного сока (после фильтрации),если ε элемента, составленного из хлорсеребряного электрода (Ехс = 0,020В) и водородного электрода при t =250C, равна 0,397В.

Pt (H2) | желуд.сок || KCl, AgCl |Ag

Кислотность желудочного сока в норме рН = 1,5 – 2,5.

Решение:

Равновесный потенциал водородного электрода всегда отрицателен (см. уравнение Нернста). Поэтому равновесный потенциал хлорсеребряного электрода больше равновесного потенциала водородного электрода. Следовательно, ε = Ехс - Ep.

Тогда Ep = Ехс – ε = 0,202 – 0,379 = -0,177В.

Согласно уравнению Нернста для водородного электрода , тогда

рН = -Ep /0,059 = -0,177/0,059 = 3.

Так как величина рН больше нормы, то кислотность желудочного сока понижена.


Задачи для самостоятельного решения.

  1. Рассчитать потенциал водородного электрода в 0,01 н растворе гидроксида калия.

  2. Рассчитать отношение концентраций компонентов бикарбонатного буфера, если потенциал водородного электрода в этом растворе равен -0,3 В. рК угольной кислоты=6,1.

  3. Рассчитать ЭДС элемента, состоящего из насыщенного каломельного электрода и водородного электрода, опущенного в 0,01 н раствор фтороводородной кислоты; как изменится ЭДС, если разбавить раствор в 100 раз? рКНF = 4; Екалом= 0,244 В. Напишите схему гальванического элемента.

  4. Определить рН раствора, в который погружен водородный электрод. ЭДС элемента, состоящего из водородного и хлорсеребряного электродов, равна 0,379 В. Ехс=0,202 В. Напишите схему гальванического элемента.

  5. Напишите схему гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, погруженного в 0,01 н раствор гидроксида натрия, и хингидронного электрода в 0,01 н растворе НCL. Рассчитайте ЭДС элемента. Как изменится ЭДС, если нейтрализовать щелочь? Еохг=0,699 В.


Тема: Определение направления самопроизвольного протекания биохимических реакций.


Типовые примеры задач с решением.

Пример 1

Определить направление самопроизвольно протекающего процесса:

СН3 ─ С ─ СН3 + СН3 ─ СН ─ СОО ↔ СН ─ СН ─ СН + СН ─ С ─ СОО

║ │ │ ║

О ОН ОН О

Ацетон лактат изопропанол пируват

И рассчитать КрI и ∆G0I, если E0Iацетон/изопропанол = -0,29В и E0Iпируват/лактат = -0,18В.


Решение:

Система, потенциал которой больше, – окислитель.

Так как E0Iпируват/лактат больше E0Iацетон/изопропанол ,то пируват является окислителем, а изопропанол - восстановителем. Следовательно, процесс протекает самопроизвольно справа налево (←).


Согласно уравнениям ,

∆G0I = -19300[(-0,18)-(20,29)] = 21230Дж = 21,23кДж


Т.к. ∆G0I = - 2.3 RT lgK

lgKpI = 2[-0,18_-(-0,29)]/0,059 = 3,73 и KpI = 5,4·103.


Пример 2

Какая из двух систем: фумарат-сукцинат (E10I = 0,03В) или ацетальдегид-этанол

(E20I = - 0,20В) является акцептором ионов водорода? Определить изменение концентрации всех веществ при смешении всех растворов, входящих в эти системы.

Решение:

Так как E10I >E20I, то фумарат является окислителем (акцептор протонов и электронов),т.е. присоединяет 2 протона и электрона от этанола (восстановитель – донор протонов и электронов):

СН ─ СОО СН2 ─ СОО СН3─ С═О

║ + СН3─ СН2ОН ↔ │ + │

СН ─ СОО СН2 ─ СОО Н

Фумарат + 2Н+ + 2 е- → сукцинат

Следовательно, при смешении растворов концентрация сукцината и ацетальдегида будут возрастать, а концентрация фумарата и этанола- уменьшаться.


Задачи для самостоятельного решения.

  1. Определить направление ОВР:
    ацетальдегид + лактат ↔ этанол + пируват
    Eo(ацетальдегид/этанол)= -0,20 В; Eo(пируват/лактат)= -0,18 В. Рассчитать изменение изобарно-изотермического потенциала и Кр этого процесса.

  2. Рассчитать изменение изобарно-изотермического потенциала процесса непосредственного окисления цистеина кислородом. EoО2=0,82 В; Ео(цистин/цистеин)= -0,22 В.

  3. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал системы пируват/лактат при рН=7 составляет - 0,180 В. Какая форма накапливается в системе (пируват или лактат) при уменьшении равновесного потенциала этой системы?

  4. Какой процесс протекает с наибольшей термодинамической вероятностью:
    1) Цитохром а + О2 Еоцитохром а =0,29 В
    2) Цитохром с + О2 Еоцитохром а =0,26 В
    3) Цитохром с1 + О2 Еоцитохром а =0,22 В
    Ео22О)=0,82 В.
    Для выбранного процесса рассчитать изменение изобарно-изотермического потенциала.



Тема: Электропроводность.


Типовые примеры задач с решением.


Пример 1:

Определить значение рН желудочного сока человека, если эквивалентная электропроводность при t=370С равна 37·10-3см·м2/моль, а удельная электропроводность 1.11См/м

Решение:

Согласно уравнению æ/С

С = æ/λ = 1,11/37·10-3 = 30 моль/м3 =0,03моль/л

Так как кислотность желудочного сока определяется сильной соляной, то СН+ = С. Тогда рН = -lg СН+ = = -lg0,03 = 1,52.


Пример 2

Определить значение эквивалентной электропроводности 5% раствора нитрата магния (плотность 1,038г/см3) при 180С, если удельная электропроводность этого раствора равна 4,38 См/м.

Решение:

Для определения эквивалентной электропроводности в нашем примере необходимо найти молярную концентрацию раствора. Молярная масса эквивалента Mg(NO3)2 равна М/2=148/2 =74г/моль.

100 г раствора содержит 5 мг Mg(NO3)2

100/1,038 мл раствора содержит 5/74 моль экв. Mg(NO3)2.

1000 мл раствора содержит С моль экв. Mg(NO3)2

С = (1000·5·1,038)/(74·100) = 0,7 моль/л = 7·10-1 моль/м3

Тогда эквивалентная электропроводность, согласно уравнению æ/С, равна:

λ = 4,38/7·10-1 = 6,26 См·м2/моль.


Пример 3:

Определить эквивалентную электропроводность уксусной кислоты при бесконечном разведении, если известно, что:

HNO3 = 42,18·10-3 См·м2/моль

СН3СООК = 11,44·10-3 См·м2/моль

KNO3 = 14,55·10-3 См·м2/моль

Решение:

Согласно закону Кольрауша

получим для нашего примера, что,

HNO3 = Н++ NO3-

СН3СООК = К+ + СН3СОО-

KNO3 = К+ + NO3-

Суммируя первые два уравнения и вычитая последнее уравнение, получим, что эквивалентная электропроводность СН3СООН при бесконечном разведении равна:

СН3СООН = HNO3 + СН3СООК - KNO3 = 42,18·10-3 + 11,44·10-3 – 14,55·10-3= =39,07См·м2/моль.


Пример 4

Определить степень и константу диссоциации раствора, содержащего 10 моль/м3 гидроксида аммония, если для этого раствора λ = 1,12·10-3 См·м2/моль.

подвижности ионов NH4+ и ОН- при бесконечном разведении равны соответственно 7,36·10-3 См·м2/моль и 19,76·10-3 См·м2/моль.

Решение:

Согласно закону Кольрауша, имеем:

4ОН = NН4+ + ОН- = 27,12·10-3 См·м2/моль.

Следовательно, из уравнений для расчета степени и константы диссоциации:

α = 1,12·10-3/27,12·10-3 = 0,0413

К = (1,12·10-3)2·10)/27,12·10-3(27,12·10-3 – 1,12·10-3) = 1,78·10-5.


Пример 5:

Определить рН раствора пропановой кислоты, содержащей 0.1 моль/л С2Н5СООН, если удельная электропроводность этого раствора при t=250C равна 3,08·10-2 См/м. Эквивалентная электропроводность пропановой кислоты при бесконечном разведении равна 38,56·10-3 См·м2/моль.

Решение:

Согласно уравнению æ/С, рассчитаем эквивалентную электропроводность:

λ = 3,08·10-2/0,1·10-3 =3,08·10-4 См·м2/моль.

По величинам λ и определим степень диссоциации:

α =3,08·10-4/38,56·10-3 = 0,008

Определим рН раствора:

Сн+ = α·С = 0,008·0,1 = 8·10-4 моль/л

рН = -lg Сн+ =- lg8·10-4 =3,1


Пример 6:

Определить активную электропроводность раствора, содержащего 0,01 моль/л муравьиной кислоты, если рН равно 3, = 39,68·10-3 См·м2/моль


Решение:

рН = -lg Сн+ = 3 тогда Сн+ =10-3моль/л

α = Сн+/С = 10-3/0,01 = 0,1

λ = α·.

Тогда λ = 0,1·39,68·10-3 =3,968·10-3 См·м2/моль.


Пример 7:

Определить относительное изменение концентрации минеральных солей в моче при заболевании почек, если удельная электропроводность мочи человека уменьшается с æ = 1,98 См/м до

æ = 1,12 См/м, а отношение эквивалентных электропроводностей равно λ12 = 0,6.

Решение:

Согласно уравнению æ/С, получим:

С21 = λ1·æ12·æ2 = 0,6·1,12/1,98 = 0,34.


Задачи для самостоятельного решения.


  1. Рассчитать константу диссоциации коламина в 0.01н растворе, если удельная электропроводность этого раствора равна 5 *10-5 Ом-1см-1, а эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении равна 250 см2/Ом моль экв.

  2. Рассчитать концентрацию фенолята натрия в растворе, если удельная электропроводность равна 2.7 *10-3 Ом-1см-1, а эквивалентная электропроводность равна 53.9 см2/Ом моль экв.

  3. Удельная электропроводность 0.15н раствора хлорида натрия (физиологический раствор) при температуре 250С равна 1.21 *10-2 Ом-1см-1. Рассчитать эквивалентную электропроводность этого раствора.

  4. Рассчитать эквивалентную электропроводность фенола при бесконечном разведении, если эквивалентные электропроводности при бесконечном разведении С6Н5ОNа, NаСl, НСl равны соответственно: 70.2, 126.4, 426.1 см2/Ом моль экв.

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы iconМетодическая разработка темы «Окислительно-восстановительные реакции»
Требования стандарта к изучению темы «Окислительно- восстановительные реакции»

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы iconЗанятие Окислительно-восстановительные реакции в природе и промышленности Цели
Цели: Познакомиться с ролью окислительно-восстановительных процессов в природе и промышленности

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы icon11 Электродные потенциалы металлов и эдс гальванических элементов
Для металлов характерен особый вид химической связи между атомами в кристалле, называемый металлической связью

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы iconИ продовольствия республики беларусь
Окислительно – восстановительные реакции. Лекция по курсу «Общая и неорганическая химия» для студентов сельскохозяйственных специальностей...

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы iconПрактическая работа №5 Свойства металлов и неметаллов
...

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы iconУчебное пособие для студентов инженерно-технических специальностей университетов Окислительно-восстановительные реакции
В соединениях с ионной связью происходит почти полная передача электронов с образованием ионов. Для характеристики состояния элемента...

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы iconготовимся к егэ по химии Типология заданий части С1
Задание С1 проверяет усвоение выпускниками такого важного элемента содержания, как «Окислительно-восстановительные реакции». Важнейшими...

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы iconПрограмма вступительного испытания по дисциплине «основы почвоведения»
Поглотительная способность почв. Емкость катионного обмена почв и факторы, ее определяющие. Кислотность и щелочность почв. Буферность...

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы iconПрограмма вступительного испытания по дисциплине «основы почвоведения»
Поглотительная способность почв. Емкость катионного обмена почв и факторы, ее определяющие. Кислотность и щелочность почв. Буферность...

Электродные окислительно-восстановительные потенциалы iconЛекция Окислительно-восстановительные реакции Те химические реакции, в которых изменяются степени окисления взаимодействующих веществ, называют
Возникающий на ней заряд отличается от реального, который определяется, например, степень окисления марганца в kmnO4 равен +7, реальный...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница