Электролиз растворов солей на инертных электродах

Ход и данные опыта

В опыте исследуется химическая активность Zn, Cu, Al в водных растворах CuSO_4,, ZnSO₄, Al₂(SO₄)₃, FeCl₃.

Выпишите из Приложения (табл.П.2) значения стандартных электродных потенциалов:

_______

_______

________

______

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

Уравнения теоретически возможных реакций в краткой ионной и молекулярной формах:

________________________________________________________________________________________________

В ходе эксперимента проводите только те реакции, которые были определены как теоретически возможные. Результаты наблюдений внесите в таблицу 1.

Таблица 1

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

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 прогнозом возможного протекания реакций и теоретическими положениями. Укажите влияние пассивирующих (оксидных) слоев на поверхности активных металлов на характер протекания окислительно-восстановительных реакций.

_______________________

_______________________

3. Сделайте вывод о химической активности металлов в зависимости от их положения в электрохимическом ряду напряжений.

________________________________________

2. Определение стандартной ЭДС химического гальванического элемента

Ход и данные опыта

Для выполнения данного опыта собран медно-цинковый гальванический элемент. Значение ЭДС определено с помощью измерительного прибора.

Е_практ =

Дополните рисунок недостающей деталью. Обозначьте анод и катод. Покажите направление движения электронов во внешней цепи и ионов во внутренней цепи гальванического элемента.

Анализа результатов опыта

1.Составьте электрохимическую схему исследованного гальванического элемента в молекулярной и ионной формах, приведите уравнения анодно-катодных процессов и суммарное уравнение токообразующей реакции.

_______________________________________________________________________________

2. Используя данные Приложения (табл. П.2), рассчитайте значение стандартной ЭДСи сравните его с экспериментальным. Рассчитайте максимальную полезную работу (А_м) элемента, изменение свободной энергии Гиббса (∆G⁰) и константу равновесия (К_Р) токообразующей реакции.

______________________________________________________________________________

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 значение ЭДС.

____________________________________________________________________________

4. Как изменятсяэлектродные процессы, 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? Какие виды поляризации имеют 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

Ход и данные опыта

В опыте исследуют реакции, протекающие на графитовых электродах при прохождении постоянного тока через растворы солей CuSO₄, KI, NaCl. При выполнении работы используются: электролизер (U‑образная стеклянная трубка, закрепленная в штативе), графитовые электроды, выпрямитель тока Е‑24М или ИЭПП‑2 и 0,5 М растворы солей CuSO₄, KI, NaCl.

3.1. Электролиз сульфата меди

Данные опыта

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

______________________________________________________________________

2. 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?

___________________________________________________________________________________________________

Анализа результатов опыта

1. Составьте схему электролиза раствора CuSO₄ на графитовых электродах:

______________________________________________________________________________

2. Как согласуются полученные результаты с теоретическими положениями?

________________________________________________

3.2. Электролиз хлорида натрия

Данные опыта

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

__________________________________________________________________________

2. Объясните, почему раствор в анодном пространстве окрасился в синий цвет?Какие частицы окислились на аноде? Запишите уравнение качественной реакции на молекулярный хлор.

__________________________________________________________________________________

Анализа результатов опыта

1. Cоставьте схему электролиза раствора NaCl на графитовых электродах:

________________________________________________________________________

2. Как согласуются полученные результаты с теоретическими положениями?

____________________________________________________________________________

3.3. Электролиз иодида калия

Данные опыта

1. Опишите результаты наблюдений. Почему на катоде не выделился металлический калий? 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?

______________________________________________________________________

2. Почему раствор в анодном пространстве окрасился в синий цвет? Какие частицы окислились на аноде?

____________________________________________________________________

Анализа результатов опыта

1. Составьте схему электролиза раствора KI на графитовых электродах:

____________________________________________________________________________

2. Как согласуются полученные результаты с теоретическими положениями?

___________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________

3. Сделайте обобщающий выводоб особенностях процессов электролиза на инертных электродах. Укажите, какие основные факторы определили характер катодных и анодных реакций в проведенных опытах.

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

Ответы на контрольные вопросы

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

__________________________________________________________________________________________________________

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.

____________________________________________________________________________________