 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Электролиз. Катод (–) – отрицательный электрод, на котором при электролизе происходит восстановление.
|
|
Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. В электролизере электрическая энергия преобразуется в энергию химической реакции.
Катод (–) – отрицательный электрод, на котором при электролизе происходит восстановление.
Анод (+) – положительный электрод, на котором при электролизе происходит окисление.
В отличие от электролиза, в гальваническом элементе восстановление происходит на положительно заряженном катоде, а окисление – на отрицательно заряженном аноде.
Обобщенное уравнение по законам Фарадея: m = mЭ ∙ I ∙ τ / F,
где m – масса образовавшегося вещества; mЭ – его эквивалентная масса (mЭ = М / число отданных или принятых электронов); I – сила тока; τ – время протекания тока; F – постоянной Фарадея = 96485 Кл/моль.
Оборудование и реактивы
Источник постоянного электрического тока, электролизеры, кристаллизатор, медный и графитовые электроды, пробки, пробирки, промывалка, секундомер, спиртовка, спички, химические стаканы.
Медная и никелевая пластинки, медная проволока, кусочки меди, железа, олова, цинка; йодкрахмальная бумага; дистиллированная вода; индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин;
Растворы: серная кислота H2SO4 (1 М), соляная кислота HCl (2 М) и 0,5 М сульфат меди (II) CuSO4, иодид калия KI, сульфат натрия Na2SO4, сульфат железа (II) FeSO4, сульфат цинка ZnSO4; гексацианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)6].
Эксперимент: выполните задания, составьте уравнения реакций, назовите вещества, запишите наблюдения и вывод.
Опыт 1. Сравнение химической активности металлов
Поместите кусочки меди и железа в пробирки, заполненные, соответственно 1 М растворами солей железа (II) и меди (II). Запишите наблюдения и выпишите значения стандартных электродных потенциалов сравниваемых металлов.
Опыт 2. Влияние образования гальванических пар на течение химических процессов
В пробирку с 1–2 мл 1 М раствора H2SO4 внесите кусочек цинка. Медной проволокой коснитесь кусочка цинка в пробирке. Объясните изменение интенсивности выделения водорода, и на каком из двух металлов он выделяется? Каково направление перехода электронов в паре Zn–Cu?
Опыт 3. Контактная коррозия
В три пробирки налейте по 2–3 мл 1 М раствора H2SO4 и по 2–3 капли раствора K3[Fe(CN)6]. В первую пробирку опустите конторскую стальную скрепку со вставленным в нее кусочком меди, во вторую – скрепку с кусочком олова и в третью – скрепку с кусочком цинка. На основании проведенных опытов и теоретических предпосылок, отметьте, какой из металлов (медь, олово или цинк) лучше защищает железо от коррозии.
Опыт 4. Электролиз раствора сульфата натрия
В U-образную трубку налейте 0,5 М раствора Na2SO4 и добавьте в оба колена несколько капель раствора метилового оранжевого. Опустите инертные электроды и присоедините их к источнику постоянного тока. Пропускайте ток в течение 5–10 мин.
Опыт 5. Электролиз раствора иодида калия
В U-образную трубку налейте 0,5 М раствор KI и добавьте в оба колена несколько капель раствора фенолфталеина. Опустите инертные электроды и присоедините их к источнику постоянного тока. Пропускайте ток в течение 5–10 мин. Объясните изменение цвета раствора около катода и анода. Внесите в околоанодное пространство йодкрахмальную бумагу.
Опыт 6 Электролиз раствора сульфата меди ( II)
В U-образную трубку налейте 0,5 М раствор CuSO4 и добавьте в околоанодное пространство несколько капель раствора метилового оранжевого. Опустите инертные электроды и присоедините их к источнику постоянного тока. Пропускайте ток в течение 5–10 мин. Объясните появление на катоде красного налета меди. Проделайте данный опыт, используя растворимый медный анод.
Опыт 7. Электролитическое получение никеля (никелирование)
Подготовка к никелированию: - механическая обработка: тонкую медную пластинку (длиной 3–4 см и шириной 1 см) с прикрепленной к одному концу медной проволокой очистите наждачной бумагой;
- обезжиривание: опустите очищенную пластинку на 1–2 минуты в 15%-ный раствор щелочи, а затем, не касаясь руками пластинки, промойте ее дистиллированной водой из промывалки;
- травление: опустите обезжиренную пластинку на 1–2 минуты в 2 М раствор HCl для освобождения поверхности металла от оксидов, а затем, не касаясь руками пластинки, промойте ее дистиллированной водой из промывалки и положите на фильтровальную бумагу.
Прибор для электролиза: в химический стакан налейте электролит и опустите электроды, в качестве катода используйте предварительно обезжиренную и протравленную в соляной кислоте медную пластинку, в качестве анода – никелевую пластинку. Электролиз проводите при комнатной температуре, плотности тока 0,3 А/дм2, напряжении 3,5 В и расстоянии между электродами 1,5 см. Используйте электролит для никелирования: в 100 мл H2O растворяют 5 г NiSO4 и 1,5 г H3BO3. Составьте уравнения электродных процессов.
Контрольные задания
1. Цинковые пластинки погружены в растворы солей NaCl, NiСl2, MgSO4, Pb(NO3)2. В каких случаях будет протекать реакция вытеснения цинком других металлов?
2. Составить схемы двух гальванических элементов, в одном из которых цинк являлся катодом, в другом – анодом. Написать уравнения реакций, происходящих при работе этих элементов и вычислить стандартные значения э.д.с.
3. Составить схемы двух гальванических элементов, в одном из которых алюминий являлся катодом, в другом – анодом. Написать уравнения реакций, происходящих при работе этих элементов и вычислить стандартные значения э.д.с.
4. Какие реакции протекают у электродов, образованных железом и оловом, погруженных в растворы хлоридов двухвалентных металлов, которые соединены солевым мостиком?
5. Какие реакции протекают у электродов, образованных магнием и цинком, погруженных в растворы хлоридов двухвалентных металлов, которые соединены солевым мостиком?
6. Составьте уравнения процессов, протекающих при электролизе расплавов а) NaOH, б) NiCl2, в) K2S с инертными электродами.
7. Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов а) H2SO4, б) Pb(NO3)2 с платиновыми электродами.
8. Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов а) BaCl2, б) Ni(NO3)2 с угольными электродами.
9. Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов а) FeCl3, б) Ca(NO3)2 с инертным анодом.
10. Составить схемы электролиза водного раствора хлорида цинка, если: а) анод цинковый; б) анод угольный.
11. Составить схемы электролиза водного раствора хлорида меди, если: а) анод медный; б) анод угольный.
12. При электролизе растворов CuCl2 на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.). Найти массу меди, выделившейся на катоде.
13. Какие вещества, и в каком количестве выделятся при пропускании тока силой 10 А в течение 5 минут через расплав хлорида магния?
14. Вычислить массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании тока силой 6А через раствор нитрата серебра в течение 30 мин.
15. Сколько времени потребуется для полного разложения 2 молей воды током силой 2А?
16. Как электролитически получить LiОН из соли лития? Какое количество электричества необходимо для получения 1т LiОН? Составить схемы электродных процессов.
17. Найти объем кислорода (н.у.), который выделится при пропускании тока силой 6 А в течение 30 мин через водный раствор КОН.
18. Найти объем водорода (условия нормальные), который выделится при пропускании тока силой в 3 А в течение 1 ч через водный раствор серной кислоты.
19. Какое количество электричества потребуется для выделения из раствора: а) 2 г водорода; б) 2 г кислорода?
20. Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов а) гидроксида калия, б) хлороводородной кислоты с инертными электродами.
Пример. Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора сульфата меди (II). Какая масса меди выделится на катоде, и какой объем кислорода выделится на аноде в течение 1 часа и силе тока равной 4 А?
Решение
Электролиз раствора сульфата меди (II):
Катод (–) | Cu2+, H2O | Cu2+ + 2e = Cu0
Анод (+)| SO42−, H2O | 2H2O – 4e = O2↑ + 4H+
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2↑
mЭ = 63,54 / 2 = 31,77 г/моль m = mЭ • I • τ / F
m(Cu) = 31,77 • 4 • 3600 / 96500 = 4,74 г
m / mЭ = V / VЭ, VЭ(O2) = 5,6 л
V(O2) = VЭ • I • τ / F = 5,6 • 4 • 3600 / 96500 = 0,84 л
Ответ: m(Cu) = 4,74 г; V(O2) =0,84 л.
Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 1851 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
