Опыт 2. Гальванический элемент с двумя металлическими электродами
Собрать гальванический элемент по схеме:
Zn │ ZnSO4 ║ CuSO4 │ Cu .
Для этого взять стакан с 1 М раствором сульфата цинка ZnSO4 и второй стакан с 1 М раствором сульфата меди CuSO4. Стаканы соединить между собой электролитическим мостиком (изогнутой стеклянной трубкой, заполненной насыщенным раствором хлористого калия). В первый стакан (анод) опустить цинковую пластину, во второй — медную (катод). Во внешнюю цепь между анодом и катодом подключить гальванометр, соблюдая полярность. Записать значение силы тока. Записать окислительный и восстановительный процессы на аноде и катоде и вычислить ЭДС данного гальванического элемента.
Опыт 3. Гальванический элемент с металлическим
и водородным электродами
Собрать гальванический элемент по схеме:
Zn │ ZnSO4 ║ H2SO4 │ H2, Cu .
Для этого взять стакан с 1 М раствором сульфата цинка ZnSO4 и второй стакан с 1 М раствором серной кислоты Н2SO4. Стаканы соединить между собой электролитическим мостиком. В первый стакан (анод) опустить цинковую пластину, во второй — медную (катод). Во внешнюю цепь между анодом и катодом подключить гальванометр, соблюдая полярность. Записать значение силы тока. Имея в виду, что катодом является водородный электрод, записать окислительный и восстановительный процессы на аноде и катоде и вычислить ЭДС данного гальванического элемента.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется гальваническим элементом?
2. Какой из электродов гальванического элемента называется катодом, анодом?
3. Какие процессы протекают на аноде и катоде?
4. Что называется стандартным электродным потенциалом
металла?
5. От каких факторов зависит величина электродного потенциала металла? Напишите формулу Нернста.
6. Как определяется ЭДС гальванического элемента?
7. Составить схему, написать электронные уравнения электродных процессов и вычислить ЭДС гальванического элемента, состоящего из никелевой и свинцовой пластин, опущенных
в растворы своих солей с концентрацией [Ni2+] = 0,1 моль/л,
[Pb2+] = 0,001 моль/л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз?
8. Составить схему гальванического элемента, состоящего из пластин цинка и железа, погруженных в растворы их солей. Написать электронные уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде. В какой концентрации надо было бы взять ионы железа, чтобы ЭДС гальванического элемента стала равной нулю, если концентрация ионов цинка составляет 0,001 моль/л?
9. При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же материала. Составить схему, написать электронные уравнения электродных процессов и вычислить ЭДС гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001 М, а другой в 0,01 М растворе сульфата никеля.
10. Какое явление называется поляризацией гальванического элемента? Назвать виды поляризации.
11. Что такое деполяризация?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ЭЛЕКТРОЛИЗ»
Цель работы: Исследование процессов, протекающих на электродах при электролизе водных растворов кислот
и солей.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Сущность электролиза
Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролитов.
Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод, а к положительному полюсу — анод, после чего погружают их в электролизер с раствором или расплавом.
На поверхности электрода, подключенного к отрицательному полюсу источника постоянного тока (катоде), ионы, молекулы или атомы присоединяют электроны, т.е. протекает реакция электрохимического восстановления. На положительном электроде (аноде) происходит отдача электронов, т.е. реакция окисления. Таким образом, сущность электролиза состоит в том, что на катоде происходит процесс восстановления, а на аноде — процесс окисления.
Минимальное напряжение электролитического тока, приложенное к электродам, при котором начинается электролиз вещества, называется его потенциалом разложения.
Электролиз расплава
В расплавах различных электролитов имеются разноименные по знаку ионы, т.е. катионы и анионы, которые находятся в хаотическом движении. Но если в такой расплав электролита, например, расплав хлорида натрия NaCl, опустить электроды и пропускать постоянный электрический ток, то катионы Na+ будут двигаться к катоду, а анионы Cl– к аноду. На катоде электролизера происходит процесс восстановления катионов Na+ электронами внешнего источника тока:
Na+ + ē → Na0.
На аноде идет процесс окисления анионов хлора, причем отрыв избыточных электронов от Cl– осуществляется за счет энергии внешнего источника тока:
Cl– – ē → Cl0.
Выделяющиеся электронейтральные атомы хлора соединяются между собой, образуя молекулярный хлор, который выделяется на аноде:
Cl + Cl → Cl2↑.
Суммарное уравнение электролиза расплава хлорида натрия:
2NaCl → 2Na0 + Cl20↑.
Если электролизу подвергается расплав, который содержит несколько различных катионов металлов, то в этом случае последовательность восстановления определяется электродными потенциалами металлов в данных условиях. При этом в первую очередь восстанавливаются катионы металлов, обладающих бо́льшим значением электродного потенциала.