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 уравнения теоретически возможных реакций взаимодействия металлов Zn, Cu, Al с растворами солей ZnSO₄ , CuSO₄, Al₂(SO₄)₃, FeCl₃ в молекулярной и краткой ионной формах.

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

__________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В ходе эксперимента проведем только те взаимодействия, которые были определены в соответствии с установленным прогнозом возможного протекания реакций. Для этого в пробирки с небольшим количеством 0,5 н растворов солей опустим гранулы (кусочки) соответствующих металлов. Результаты данной 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. ____________________________________________________________

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. _________________________________________________________

5. Объясните, почему с течением времени в таком элементе значение ЭДС уменьшается? Какая поляризация имеет место в элементе Вольта? 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.

Анализа результатов опыта

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

2. Какой газ выделялся на аноде? Окисляются ли кислородсодержащие ионы SO₄^2– на аноде при данном напряжении? Увеличение концентрации каких ионов в результате реакции у анода обусловило изменение рН раствора? _________________________________________________________

2. Согласуются ли полученные результаты с теоретическими положениями? _____________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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.

Анализа результатов опыта

1. Опишите результаты наблюдений. 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 на катоде не выделился металлический натрий? ______________________________________________

2. Объясните, почему раствор в анодном пространстве окрасился в синий цвет при добавлении крахмала?Какие ионы окислились на аноде и почему раствор в анодном пространстве окрасился в синий цвет при добавлении крахмала Запишите уравнение качественной реакции на молекулярный хлор. _________________________________________________

3. Согласуются ли полученные результаты с теоретическими положениями? _____________________________________________________

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.

Анализа 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. На основании указанного состава гальванических элементов Pt, H₂ |2H⁺ || Cu²⁺ | Cu и Cu | Cu²⁺ || Ag⁺ | Ag определите анод и катод, заряды на электродах. Напишите схемы элементов, уравнения реакций, протекающих на аноде и катоде. Вычислите для каждого элемента Е⁰ и А_м, G⁰₂₉₈. ___________________________________________________________

2. Составьте схему гальванического элемента при C_Ag+ = 10^–1 моль/л у одного электрода и С_Ag+ = 10^–4 моль/л у другого электрода. Определите анод и катод. Рассчитайте ЭДС элемента и G. Какой из указанных электродов нужно взять для получения наибольшей ЭДС со стандартным водородным электродом? Составьте схему этого элемента, рассчитайте ЭДС.

3. Составьте схему электролиза 1 М раствора МgCl₂ на графитовых электродах. Запишите уравнения анодно-катодных процессов и суммарное уравнение электролиза. Определите, какая масса вещества выделится на аноде, если на катоде выделилось 22,4 л газа (н.у.). Какое количество электричества прошло через электролит, если B_T = 80 %?

4. Приведите схему электролизной системы для получения металлического никеля на стальной (Fe) подложке. Запишите уравнения электродных реакций и рассчитайте количество электричества, необходимое для получения 1 моля никеля.