Номер 12, страница 229 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 31. Электролиз - номер 12, страница 229.

Условие.

12. Подготовьте сообщение об использовании процессов электролиза в химическом анализе.

Решение.

Решение 2.

Процессы электролиза лежат в основе группы электроаналитических методов, которые широко используются в химическом анализе для качественного и количественного определения веществ. Эти методы основаны на измерении электрических параметров (потенциала, силы тока, количества электричества), связанных с химическими превращениями на электродах.

Электрогравиметрический анализ (электрогравиметрия)

Это количественный метод анализа, суть которого заключается в полном электролитическом осаждении определяемого компонента из раствора на предварительно взвешенном электроде. После завершения электролиза электрод с осадком высушивают и снова взвешивают. По разности масс электрода до и после осаждения находят массу вещества, выделившегося в результате электролиза, и рассчитывают его содержание в исходном образце. Например, для определения меди в растворе сульфата меди, на катоде происходит процесс восстановления: $Cu^{2+} + 2e^{-} \to Cu(s)$. Метод отличается высокой точностью, но требует значительного времени для полного осаждения вещества. Важным условием является получение плотного, хорошо сцепленного с электродом осадка.

Ответ: Электрогравиметрия — это метод количественного анализа, при котором определяемое вещество полностью осаждается на электроде с помощью электролиза, а его масса находится путем взвешивания электрода до и после реакции.

Кулонометрический анализ (кулонометрия)

Кулонометрия — это метод количественного анализа, основанный на законах Фарадея. В этом методе измеряют количество электричества (заряд в кулонах), затраченное на полное превращение анализируемого вещества в результате электрохимической реакции. Зная количество электричества ($\text{Q}$), можно рассчитать массу вещества ($\text{m}$) по формуле: $m = \frac{M \cdot Q}{n \cdot F}$, где $\text{M}$ — молярная масса вещества, $\text{n}$ — число электронов, участвующих в реакции, а $\text{F}$ — постоянная Фарадея ($F \approx 96485$ Кл/моль).Существует два основных варианта метода:1. Прямая кулонометрия (при контролируемом потенциале): Электролиз ведут при постоянном потенциале рабочего электрода, достаточном для протекания только целевой реакции. Количество электричества определяют интегрированием кривой зависимости тока от времени.2. Кулонометрическое титрование (при постоянной силе тока): Через раствор пропускают постоянный ток, в результате чего на одном из электродов генерируется реагент (титрант), который вступает в реакцию с определяемым веществом. Конечную точку реакции определяют с помощью индикаторов, и по времени ($\text{t}$), затраченному на титрование, рассчитывают количество электричества: $Q = I \cdot t$. Метод отличается очень высокой точностью и чувствительностью.

Ответ: Кулонометрия определяет количество вещества путем измерения заряда, необходимого для его полного электрохимического превращения, в соответствии с законами Фарадея.

Вольтамперометрия

Вольтамперометрия — это совокупность методов, в которых регистрируется зависимость силы тока в электрохимической ячейке от приложенного к электродам потенциала. Получаемая кривая, называемая вольтамперограммой, используется как для качественного, так и для количественного анализа.Качественный анализ основан на том, что потенциал, при котором происходит электрохимическая реакция (например, потенциал полуволны $E_{1/2}$ в полярографии), является характеристикой данного вещества.Количественный анализ основан на пропорциональности предельного диффузионного тока ($i_d$) или высоты пика на вольтамперограмме концентрации определяемого вещества в растворе.Одним из наиболее известных вольтамперометрических методов является полярография, в которой в качестве рабочего электрода используется ртутный капающий электрод. Вольтамперометрические методы обладают высокой чувствительностью (позволяют определять вещества при концентрациях до $10^{-9}–10^{-10}$ моль/л), что делает их незаменимыми для анализа следовых количеств неорганических и органических соединений.

Ответ: Вольтамперометрия — метод анализа, основанный на изучении зависимости тока от потенциала, позволяющий проводить качественное определение вещества по положению сигнала на кривой и количественное — по его величине.