Робота 6.2. Електроліз води.

Мета роботи: провести електроліз водного розчину лугу та визначити вихід газів за струмом.

При електролізі водного розчину лугу на інертних (нерозчинних) електродах перебігають такі процеси:

на катоді – відновлення води ,

на аноді – окислення гідроксид-іонів .

Сумарний процес описується реакцією .

З рівняння реакції досліджуваного процесу випливає, що для розкладу одного моля води теоретично потрібно електрики. При цьому на катоді виділяється 1 моль водню, а на аноді – 0,5 моля кисню, тобто загалом 1,5 моля газової суміші (гримучого газу), об’єм якої за нормальних умов складає 22400 × 1,5 = 33600 см³.

Оскільки дистильована вода має низьку електропровідність, то електролітом в електролізері зазвичай є розчин лугу. В цьому випадку застосовують нікелеві електроди, які у лужному середовищі є інертними.

Складають прилад, як показано на рис. 5. Евдіометр перед початком експерименту наповнюють до краю водою, перевертають, занурюють у кристалізатор з водою і закріплюють у штативі (повітря в евдіометрі не повинно бути). Кінець газовідвідної трубки підводять під евдіометр. До джерела постійного струму послідовно підключають електролізер і амперметр. Подають напругу, за допомогою випрямляча струму встановлюють потрібну силу струму і вмикають секундомір. Після

виділення певного об’єму газу (за вказівкою викладача) вимикають струм і записують час закінчення електролізу. Після цього вимірюють об’єм газу в евдіометрі (см³), різницю рівнів води в евдіометрі та у кристалізаторі (мм) і барометричний тиск (мм рт. ст.). Тиск газу в евдіометрі розраховують за рівнянням:

, (6.6)

де 13,6 – відношення густини Hg до густини Н₂О; – тиск насиченої водяної пари в евдіометрі за температури досліду, температурну залежність якого наведено у табл. 6.1.

Таблиця 6.1. Тиск насиченої водяної пари за різних температур

, о С
, мм рт. ст.	12,8	15,5	16,5	17,5	18,7	19,8	21,1	22,4	23,7

Об’єм практично одержаного газу приводять до нормальних умов за формулою:

, (6.7)

де – відповідно тиск, об’єм та температура газової суміші в евдіометрі.

Раніше було зазначено, що внаслідок пропускання електрики в електролізері за нормальних умов виділяється 33600 см³ гримучого газу, тому теоретичний об’єм газу , що повинен виділитися в цьому експерименті, обчислюють таким чином:

, (6.8)

де – сила струму (А); – тривалість електролізу (год. або с).

Вихід за струмом у даному випадку визначається за рівнянням (6.5).

При розкладі води вихід за струмом по газу повинен становити 100 %, тому що жодних побічних та вторинних процесів немає. Отже, за об’ємом гримучого газу, що виділяється, можна розрахувати кількість електрики, яка пройшла через електрохімічну систему. З таких самих причин можна визначити за масою виділеної на катоді міді (робота 6.1). Електролізери, які використовують для визначення кількості пропущеної через систему електрики, називаються кулонометрами.

Якщо послідовно з’єднати мідний та газовий кулонометри, то роботи 6.1 та 6.2 виконуються одночасно (однакові та ).

Звіт

1. Дані експерименту:

температура досліду ^о С; сила струму А;

тривалість електролізу год. або с;

об’єм газу в евдіометрі см³;

мм рт. ст.; мм; мм рт. ст.

2. Розрахунок тиску газу в евдіометрі за формулою (6.6):

мм рт. ст.

3. Приведення об’єму отриманого газу до н. у. за рівнянням (6.7):

см³.

4. Визначення теоретичного об’єму газу за н. у. на основі (6.8):

см³.

5. Розрахунок за (6.5) виходу за струмом:

%.

6. Висновок.