Электролиз растворов солей на инертных электродах

Ход и данные опыта

Перед практическим выполнением опыта проведем теоретическую качественную оценку возможности протекания реакций в соответствии с условием самопроизвольного протекания окислительно-восстановительных реакций в водных растворах электролитов

_______ _______

________ ______

Перед началом эксперимента запишем 9 уравнений окислительно-восстановительных реакций взаимодействия металлов Zn, Cu, Al с растворами солей ZnSO₄ , CuSO₄, Al₂(SO₄)₃, FeCl₃ в молекулярной и краткой ионной формах. Укажите окислитель и восстановитель. Используя значения электродных потенциалов определите возможность протекания реакций.

Запишите уравнения реакций образования турнбулевой сини при взаимодействии Zn, Cu с раствором FeCl₃ ___________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В ходе эксперимента проведем только те взаимодействия, которые были определены выше. Для этого в пробирки с небольшим количеством 0,5 н растворов солей опустим гранулы (кусочки) соответствующих металлов. Результаты проверки и наблюдаемые признаки реакций запишем в таблицу 1.

Таблица 1.

	CuSO₄	ZnSO₄	Al₂(SO₄)₃	FeCl₃ (индикатор K₃[Fe(CN)₆])
Zn
Cu
Al

Почему при взаимодействии Al с растворами солей признаков реакций не наблюдали? ______________________________________________________________

Анализа результатов опыта

1. Какой из исследованных металлов самый активный и какой наименее? Расположите исследуемые металлы по убыванию их активности в водных растворах. Ответ должен быть обоснованным. ______________________________________________________________

2. Согласуются ли полученные результаты с вашим прогнозом возможного протекания реакций и теоретическими положениями. ______________________________________________________________________________________________________________________

3.Сделайте вывод о химической активности металлов в водных растворах электролитов. Укажите влияние пассивирующих (оксидных) слоев на поверхности активных металлов на характер протекания окислительно-восстановительных реакций. ___________________________________________________________

2. Определение стандартной ЭДС химического гальванического элемента

Ход и данные опыта

Для выполнения данного опыта соберем медно-цинковый гальванический элемент. Для этого нальем в два химических стакана 1М растворы солей: в один – ZnSO₄, в другой – CuSO₄. Погрузим в них электроды: цинковый в ZnSO₄ , медный в CuSO₄. Соединим электролиты электролитическим мостиком и, подсоединив электроды к измерительному прибору, измерим ЭДС.

_практ = ___________

Анализа результатов опыта

1.Запишите схемы цинкового и (отдельно) медного электродов. Используя данные табл. П.2, выпишите значения стандартных электродных потенциалов и уравнения реакций, протекающих на данных электродах. Определите катод и анод. Составьте электрохимическую схему медно-цинкового гальванического элемента в молекулярной и ионной формах, уравнения анодно-катодных процессов и суммарное уравнение токообразующей реакции. Вычислите значение стандартной ЭДС. _________________

Объясните, почему экспериментальное значение ЭДС меньше рассчитанного_________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Рассчитайте изменение свободной энергии Гиббса (G⁰), максимально полезную работу (А_м) и константу равновесия (К_Р). ___________________________________________________________

3. Не проводя эксперимента, рассчитайтезначения ЭДС исследуемого элемента при концентрациях растворов:

а) 0,001 М ZnSO₄ и 1 М СuSO₄; б)1 М ZnSO₄ и 0,001 M СuSO₄.

Сравните полученные значения ЭДС с величиной стандартной ЭДС и сделайте выводо влиянии концентраций потенциалопределяющих ионов на величины электродных потенциалов и значения ЭДС. _________________________________

4. Как изменятсяпроцессы, если Zn- и Cu-электроды (оба) поместить в один и тот же раствор серной кислоты (H₂SO₄)? Как называется такой элемент? Ответ обосновать приведением электрохимической схемы элемента, уравнениями электродных реакций. Вычислите теоретическое значение ЭДС элемента. ___________________________________________________________

5. Объясните, почему с течением времени в таком элементе значение ЭДС уменьшается? Какая поляризация имеет место в элементе Вольта, чем она обусловлена? Какими способами можно уменьшить поляризацию и увеличить численное значение ЭДС? ___________________________________________________________

6. Сделайте обобщающий вывод, от каких факторов зависит численное значение ЭДС химических гальванических элементов. ___________________________________________________________

Электролиз растворов солей на инертных электродах

В опыте исследуем процессы, протекающие на графитовых электродах при прохождении постоянного тока через растворы солей CuSO₄, KI, NaCl. При выполнении работы используются: электролизер (Uобразная стеклянная трубка, закрепленная в штативе), графитовые электроды, выпрямитель тока Е24М или ИЭПП2 и 0,5 М растворы солей CuSO₄, KI, NaCl.

3.1. Электролиз раствора сульфата меди CuSO₄

Данные опыта

Перед выполнением эксперимента составим схему электролиза раствора CuSO₄. на графитовых электродах. Запишем суммарное уравнение.

Нальем в электролизер 0,5М раствор CuSO₄так, чтобы электроды были погружены в электролит на глубину 2-3 см. Присоединим графитовые электроды к источнику постоянного тока: катод к минусу (–), анод к плюсу (–). Пропустим электрический ток (напряжение 15 – 20В) в течение 3–5 мин. и будем наблюдать за процессами на электродах. Затем опустите в анодное пространство полоску лакмусовой бумаги и определите РН раствора.

Анализ результатов опыта

1. Опишите результаты наблюдений. Почему поверхность катода покрыта медью, как это связано с ее активностью? ___________________________________________________________

2. Что наблюдаете на аноде? Увеличение концентрации каких ионов в результате реакции у анода обусловило изменение РН раствора? Какой газ выделился на аноде? Окисляются ли кислородсодержащие ионы SO₄^2– на аноде при данном напряжении? ___________________________________________________________

2. Согласуются ли полученные результаты с теоретическими положениями? Подтвердите, сравнив значения электродных потенциалов. _______________________________________________

3. Вывод (что установлено в результате выполнения опыта на аноде и на катоде)____________________________________________ ___________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________

3.2. Электролиз раствора хлорида натрия NaCl

Данные опыта

Перед выполнением эксперимента составим схему электролиза раствора NaCl и запишем суммарное уравнение. Используя описанную методику проведем электролиз 0,5М раствора NaCl.

Анализ результатов опыта

1. Опишите результаты наблюдений на катоде. Увеличение концентрации каких ионов в результате реакции у катода обусловило изменение окраски фенолфталеина в малиновый цвет? Как изменится при этом значение рНэлектролита? Какой газ выделился на катоде? Почему на катоде не выделился металлический натрий? ____________________________________________________________

2. Объясните, почему раствор в анодном пространстве окрасился в синий цвет при добавлении раствора KI и крахмала?Какие ионы окислились на аноде? Запишите уравнение качественной реакции на молекулярный хлор. Почему на аноде не окислилась вода?_____________________________________________

3. Согласуются ли полученные результаты с теоретическими положениями? Подтвердите, сравнив значения электродных потенциалов. ________________________________________________

4. Вывод (что установлено на аноде и на катоде в результате выполнения опыта) __________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________

3.3. Электролиз раствора иодида калия KI

Данные опыта

Перед выполнением эксперимента составим схему электролиза раствора KI и запишем суммарное уравнение. Используя описанную методику проведем электролиз 0,5М раствора KI.

Анализ результатов опыта

1. Опишите результаты наблюдений. Почему на катоде не выделился металлический калий? Какой газ выделился на катоде? Увеличение концентрации каких ионов в результате реакции у катода обусловило изменение окраски фенолфталеина в малиновый цвет? Как изменится при этом значение рНэлектролита? Почему раствор в анодном пространстве окрасился в синий цвет при добавлении крахмала? Какие ионы окислились на аноде? _________________________________________________________

2. Согласуются ли полученные результаты с теоретическими положениями?________________________________________________ ___________________________________________________________

3. Сделайте обобщающий выводоб особенностях процессов электролиза на инертных электродах, указав для каждого из трех опытов основные факторы, определяющие природу продуктов электролиза.________________________________________________

Ответы на контрольные вопросы

1.Составьте схему гальванического элемента, в котором самопроизвольно протекает реакция

Cd + FeSO₄ = CdSO₄ + Fe.

Определите концентрацию раствора CdSO₄, если железный электрод – стандартный, а ЭДС элемента равна 80 мВ.Запишите и рассчитайте значение константы равновесия. _______________________________

2. Укажите, при каких условиях можно создать гальванический элемент из двух электродов 1-рода одинаковой химической природы. Приведите пример такого элемента, уравнения анодно-катодных процессов и рассчитайте ЭДС, G и А_м.

3. Составьте схему электролиза 1М раствора NiCl₂ (рН= 5) на стальном катоде и графитовом аноде. Запишите уравнения анодно-катодных процессов и суммарное уравнение электролиза. Рассчитайте, насколько увеличилась масса катода, если на аноде выделилось 112 л газа. Какой силы ток проходил через систему в течение 10ч., если выход по току составил 100%. ________________

___________________________________________________________

4. Приведите схему электролизной системы для получения металлического кальция. Запишите уравнения электродных реакций и рассчитайте количество электричества, необходимое для получения 1 моля кальция. ___________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________