Лабораторные работы по "Неорганической химии"

Министерство образования Российской Федерации

Владимирский Государственный Университет

Кафедра Химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Лабораторная работа по общей и неорганической химии №15

"Электролиз"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

Студент группы Х-105

Шашков Д.В.

 

 

Проверил

Преподаватель

Орлин Н.А.

 

 

 

 

 

 

Владимир 2006                       

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.

;      ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 №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.