методичка для лабор химия. Методические указания к лабораторным работам для студентов i курса

• Название: Методические указания к лабораторным работам для студентов i курса
• Дата: 10.10.2022
• Размер: 0.78 Mb.
• Имя файла: методичка для лабор химия.doc
• Тип: Методические указания; #725999
• страница: 10 из 10

Соответствуют ли полученные результаты положению металлов в ряду напряжений?
18.3.2 Опыт 2. Изготовление гальванического элемента.

В U-образную стеклянную трубку, укрепленную на подставке, налейте примерно на электролита (5% раствор NaCl) и добавить 2-3 капли фенолфталеина в оба колена. Осторожно зачистить концы металлических пластинок и проводов тонкой наждачной бумагой. Опустите до половины в оба колена трубки пластинки-электроды из разных металлов. Укрепите провода у краев трубки (чтобы они не погружались глубже) и соедините зачищенные концы. Что наблюдается чрез некоторое время? Объясните процессы, протекающие у электродов. Какой электрод является анодом? Напишите уравнение анодного и катодного процессов. Присоедините проводки от электродов к вольтметру. Что наблюдается? Объясните происходящее явление.

18.4 Контрольные вопросы и задачи

1 Что такое электродный потенциал и как он возникает?

2 Что называется стандартным электродным потенциалом металла?

3. 
   Как устроен стандартный водородный электрод? Для чего он применяется?
   
4. 
   Ряд напряжений металлов.
   
5. 
   Что такое гальванический элемент? Что такое внутренняя и внешняя цепь гальванического элемента?
   
6. 
   Какой электрод в гальваническом элементе называется анодом, а какой катодом? Какие процессы происходят на аноде и на катоде?
   
7. 
   Что такое ЭДС гальванического элемента? Как её вычислить?
   
8. 
   Напишите схему гальванического элемента, состоящего из стандартного водородного электрода и никелевого электрода в 0,0001М растворе сульфата никеля. Составьте уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС элемента.
   

19 ЭЛЕКТРОЛИЗ
Лабораторная работа № 16
19.1 Цель лабораторной работы
Ознакомление с процессами, протекающими на электродах при электролизе водных растворов электролитов, и количественными характеристиками процесса.

19.2 Теоретическая часть

Электролизом называется совокупность окислительно-восстановительных реакций, протекающих на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита.

На характер протекания электродных процессов оказывает влияние:

- состав электролита,

- материал электродов,

- режим электролиза (напряжение, плотность тока и так далее).

Катодные процессы – это процессы восстановления.

Заряд катода при электролизе отрицательный, к нему движутся положительно заряженные ионы – катионы.

При электролизе расплава на катоде восстанавливаются катионы металлов по реакции:

Meⁿ⁺ + ne = Me⁰ (19.1)

При электролизе водного раствора на катоде прежде всего будет восстанавливаться тот окислитель, стандартный потенциал которого наибольший с учетом перенапряжения.

Катионы металлов с сильно отрицательными потенциалами, например такие, как Al³⁺, не восстанавливаются на катоде, в этом случае восстанавливаются молекулы воды по уравнению:

2 H₂O + 2e = H₂ + 2 OH ^–

φ⁰ = -0,83 в. (19.2)

Перенапряжением называется превышение потенциала разрядки ионов над нормальным потенциалом в равновесных условиях.

Катионы металлов с положительными значениями потенциалов (Cu²⁺ , Au³⁺) восстанавливаются на катоде по уравнению (19.1).

Катионы металлов, занимающих в ряду активности среднее положение (Mn²⁺), при протекании электролиза восстанавливаются вместе с молекулами воды, т.е. протекают реакции (19.1) и (19.2).

Если же водный раствор содержит смесь катионов металлов одинаковой концентрации, то восстановление их на катоде протекает в порядке уменьшения величины φ⁰ . Например, из смеси катионов Ag⁺, Cu²⁺, Fe²⁺ восстановление будет проходить в следующей последовательности:

Ag⁺ ( φ⁰ = +0,80 в), Cu²⁺ ( φ⁰ = +0,34 в), Fe²⁺ ( φ⁰ = -0,44 в).

Анодные процессы – процессы окисления.

Заряд анода положительный, к нему из раствора движутся анионы. При электролизе водного раствора на аноде, прежде всего, будет окисляться тот восстановитель, у которого стандартный потенциал наименьший с учетом перенапряжения. Аноды бывают: нерастворимые (инертные), изготовленные из угля, графита, платины, иридия, золота; растворимые (металлические), изготовленные из меди, серебра, цинка, кадмия, никеля, железа и т.д.

При электролизе водных растворов на инертном аноде в случае кислородосодержащих анионов (NO₃^-, SO₄^2-, PO₄^3- и др.) происходит окисление воды по уравнению:

2 Н₂О – 4е = О₂ + 4 Н⁺

φ⁰ = 1,23 в. (19.3)

При электролизе водных растворов бескислородных кислот или их солей на инертном аноде происходит окисление аниона. Например,

2 Г ^- - 2е = Г₂ (19.4)

где Г – Cl, Br, I.

В случае растворимого анода, как правило, окисляется металл самого анода по реакции:

Me⁰ – ne = Meⁿ⁺ (19.5)

Количественные закономерности электролиза основываются на законах Фарадея.

Первый закон Фарадея. Масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролит. Масса вещества, выделившегося при прохождении 1 Кл электричества, называется электрохимическим эквивалентом.

Второй закон Фарадея. Одинаковые количества электричества выделяют при электролизе на электродах эквивалентные массы вещества.

При прохождении одного Фарадея электричества ( 1 F = 96500 Кл = 26,8 А ∙ ч) на электроде восстанавливается или окисляется 1 моль эквивалентов вещества.

Формула, объединяющая оба закона Фарадея, выглядит следующим образом:

, (19.6)

где m – масса вещества, восстановленного или окисленного на электроде;

М_Э – молярная масса эквивалента;

I – сила тока, А;

t – время электролиза, сек;

F – число Фарадея, равное 96500 Кл.

В том случае, если продукт электролиза газообразное вещество, его объем можно рассчитать по формуле:

, (19.7)

где V_Э – объем молярной массы эквивалентов.

На практике при электролизе выделяется вещества меньше рассчитанного по законам Фарадея, так как одновременно с основными процессами протекают
побочные, поэтому очень важной характеристикой является выход по току, который рассчитывается по формуле:

(19.8)

19.3 Экспериментальная часть

19.3.1 Опыт 1. Электролиз водного раствора иодида калия с нерастворимыми электродами.

1. Составьте схему электролиза раствора иодида калия на угольных электродах и предложите реактивы для обнаружения продуктов электролиза.

2. Налейте в U-образную трубку 5% раствор иодида калия. Опустите угольные электроды в оба колена трубки. Добавьте индикатор в прикатодное пространство. Включите выпрямитель, соблюдая все правила техники безопасности при работе с электроустановками, и пропустите ток в течение 3-5 минут. Наблюдайте выделение пузырьков газа у катода и окрашивание раствора. Отключите прибор. Промойте электроды водой и погрузите в стаканчик с растворами Na₂SO₃ (какой электрод?) и НСl (какой электрод?) на 4-5 минут. Результаты опыта оформите в виде таблицы.

Схема установки (рисунок)	Наблюдения	Уравнения реакций на электродах	Расчеты

19.3.2 Опыт 2. Электролиз с растворимым анодом.

Налейте в U-образную трубку 1 М раствор серной кислоты. Опустите в одно колено графитовый, в другое – медный электрод. Включите выпрямитель (см. оп. 1). Во время электролиза наблюдайте за процессом, протекающим на катоде. Обратите внимание на то, что в начале опыта на катоде выделяются пузырьки водорода, затем по мере окрашивания раствора в голубой цвет скорость выделения водорода уменьшается, и одновременно катод начинает покрываться медью. Дайте объяснение этим явлениям и составьте уравнения реакций, протекающих на электродах. Отключите прибор. После окончания опыта погрузите графитовый электрод на 3-5 минут в 10% раствор азотной кислоты (под тягой) и затем промойте его водой. Результат опыта сведите в таблицу (см. оп. 1).

19.3.3 Опыт 3. Получение цинка электролизом.

В лабораторный стакан залейте раствор состава: 1 М раствор сульфата цинка и 1 М раствор серной кислоты. В стакан опустите два графитовых электрода, укрепленных на крышке (диэлектрик), предварительно определите массу катода. Включите выпрямитель (см. оп. 1) . Электролиз проводите при плотности тока на электродах 500 А/м² в течение 20-30 минут. Отключите электролизер, удалите электроды из раствора, осушите катод фильтровальной бумагой и определите его массу. Рассчитайте теоретическую массу цинка и выход цинка по току. Результаты опыта сведите в таблицу (см. оп. 1).

19.4 Контрольные вопросы и задачи

1 Что называется электролизом?

2 Какова последовательность электродных процессов на катоде? На аноде?

3 Что такое выход по току?

4 В какой последовательности будут разряжаться следующие катионы металлов на катоде при электролизе Zn²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Pb²⁺, если концентрации их одинаковы?

5 Какой (анодный или катодный) процессы будут совпадать для растворов следующих пар солей:

а) Na₂SO₄ и KCl, если анод графитовый,

б) CuSO₄ и KNO₃, если анод платиновый,

в) Pb(NO₃)₂ и NaF, если анод никелевый.

6 У какого электрода повысится рН при электролизе раствора CaF₂?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1 Коровин Н.В., Мингулина Э.И. , Рыжова Н.Г. Лабораторные работы по химии.-М.: В.Ш., 1998.

2 Левант Г.Е., Райцын Г.А. Практикум по общей химии.-М.: В.Ш., 1981.

3 Хомченко Г.П. Практикум по общей и неорганической химии с применением полумикрометода.-М.: В.Ш., 1980.

4 Глинка Н.Л. Общая химия.-Л.: Химия., 1988.

5 Коровин Н.В. Общая химия.-М., В.Ш.,1998.