Лабораторные работы по "Неорганической химии"

Федеральное агентство  по образованию Российской федерации

 

Владимирский государственный  университет

 

Кафедра химии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная  работа №15.

 

ЭЛЕКТРОЛИЗ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                 Выполнил:

                                                                                                 Студент гр. Хб-109                                         

                                                                                                  Леденёв С.А.

 

                                                                                                  Проверил:

                                                                                                  Проф. Орлин Н.А

 

 

 

                                           

 

 

 

Владимир 2010.

Теоретическая часть.

 

Электролизом называют окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении  постоянного электрического тока через  раствор или расплав электролита. Этот процесс сопровождается превращением электрической энергии в химическую.

 

Под действием постоянного  тока положительно заряженные ионы получают направленное движение к отрицательному электроду, а ионы с отрицательным  зарядом – к положительному. Отрицательный электрод при электролизе называется катодом (к катоду движутся катионы), а положительный – анодом (к аноду движутся анионы).

 

Реакции на электродах при  электролизе расплавов и растворов  электролитов.

 

Порядок разряда ионов.

Растворы.

1. На катоде

Определяется рядом напряжения металлов.

 

• Металлы, стоящие правее водорода: из водных растворов разряжаются беспрепятственно (в направлении Au – Ag – Hg – Cu)
• 2Н⁺ +2е = Н₂ (для кислот); 2Н₂О +2е = Н₂ + 2ОН^-
• (Н – Mg] Me ⁿ⁺ + ne = Me⁰; 2Н₂О +2е = Н₂ + 2ОН^-
• Никогда не восстанавливаются из водных растворов; 2Н₂О +2е = Н₂ + 2ОН^-

 

2. На аноде 

 

• Окисляются беспрепятственно
• 2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺ ; 2ОН^- - 4е = О₂ + 2Н⁺
• Анионы, содержащие кислород, из растворов не окисляются, в этом случае идет окисление кислорода из воды: 2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺

 

Расплавы.

 

На катоде восстанавливается  тот металл, который содержится в  расплаве.

На аноде происходит окисление того иона, который входит в состав расплава. Если   ионы – кислородосодержащие, то кислород может окисляться до пероксида, либо до свободного кислорода.

 

 

 

Электролиз кислот.

 

1. Бескислородные кислоты: НВr

Катод: 2Н⁺ +2е = Н₂; Анод: 2Br^- -2е = Br₂

2.   Кислородосодержащие  кислоты

Анод: 2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺; Катод: 2Н⁺ +2е = Н₂;

Повышение концентрации кислоты

 

 

 

Электролиз растворов щелочей.

 

Катод: 2Н₂О +2е = Н₂ + 2ОН ^-;

Анод: 2ОН^- - 4е = О₂ + 2Н⁺

Повышение концентрации щелочи

 

 

 

Законы Электролиза.

 

Первый закон Фарадея: массы или объемы веществ, выделившихся на электродах, прямо пропорциональны  количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита.

m = kQ или V = kQ; Q = Iτ

 

Второй закон Фарадея: одинаковые количества электричества  выделяют на электродах эквивалентные  массы (или объемы) веществ.

;      ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнение работы.

Цель работы: изучить электролиз растворов хлорида натрия, сульфата натрия, сульфата меди (II), сульфата меди (II) с использованием растворимого анода.

Приборы и реактивы. Электролизёр, графитовые или платиновые электроды. Растворы: хлорида натрия 1 М, сульфата натрия 1 М, сульфата меди 1 М, иодида калия 0,1 М, фенолфталеина, лакмуса нейтрального.

 

Опыт №1.

 Электролиз  раствора хлорида натрия.

 

Закрепили электролизер, которым служит U-образная трубка на штативе. Налили в нее 2/3 объема раствора хлорида натрия. Вставили в оба колена трубки электроды и включили постоянный ток напряжением 4-6 В. Проводили электролиз в течении 3-5 минут. После этого добавили в одно колено (к катоду) несколько капель фенолфталеина, а в другое (к аноду) – небольшое количество иодида калия.

 

 

Наблюдали окрашивание  раствора у катода (в малиновый  цвет) и у анода (в желтый цвет).

 

K: H₂O+2e=H₂+2OH^- - щелочная среда

A: 2Cl^--2e=Cl₂

 

2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂+Cl₂

Cl₂+2KI=2KCl+I₂

 

Образовавшийся йод  окрашивает раствор в желтый цвет (у анода), а в малиновый –  у катода, это обуславливается  тем, что из-за накопления гидроксид-ионов  среда у катода становиться щелочной.

 

Опыт№2.

Электролиз  раствора сульфата натрия.

 

В электролизёр налили раствор  сульфата натрия. В оба колена добавили по несколько капель нейтрального лакмуса. Включили ток и наблюдали через 3 -5 минут изменение окраски электролита в прикатодном и прианодном  пространстве.

   

 

 

   При добавлении  лакмуса к катоду раствор приобрёл  розовый цвет из этого следует  среда щелочная. При добавлении  лакмуса к аноду раствор приобрёл  син ий цвет из этого следует кислая.

 

K:  Na⁺, H₂O                                 A: SO₄^2-, H₂O

       2 H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^-                2 H₂O – 4e^- = O₂ + 4H⁺

 

Опыт №3.

 Электролиз раствора сульфата меди (II).

 

В электролизер был залит  раствор сульфата меди (II). В течение нескольких минут (5-10 мин) через него пропускался ток, до появления розового слоя меди на катоде. Это происходит потому, что электродный потенциал меди положительный, следовательно она восстанавливается на электроде беспрепятственно.

 

 Сu²⁺ + 2e = Cu⁰

2H₂O – 4e = O₂ + 4H⁺

 

 

 

 

Опыт №4. Электролиз раствора сульфата меди (II) с использованием растворимого анода.

 

В электролитической  установке после проведения третьего опыта были переключены полюса у  электродов. Теперь электрод со слоем  меди – анод. В процессе электролиза  медь на нем растворяется и появляется на другом электроде.

 

Сu²⁺ + 2e = Cu⁰

 

Cu⁰ – 2e = Сu²⁺

 

 

 

 

Вывод: т.к. мы использовали растворимый анод, тогда на нем  растворяется тот атом или ион, который  имеет более низкий потенциал (из Cu, H₂O, SO₄), следовательно на аноде предпочтительнее процесс окисления меди, т.к. потенциал этого процесса по величине меньше, чем потенциал др. процессов. А на катоде восстанавливается медь.

 

 

Вывод: мы изучить электролиз растворов хлорида натрия, сульфата натрия, сульфата меди (II), сульфата меди (II) с использованием растворимого анода.