9.5 Лабораторная работа: Гальванические элементы

Цель работы: изучить работу химического источника тока. Овладеть расчетами по электрохимии.

Оборудование и реактивы: вольтметр, стаканчики, солевой мостик, цинковый и медный электроды, наждачная бумага, растворы CuSO₄ и ZnSO₄ различной концентрации.

Опыт № 1. Составление медно–цинкового гальванического элемента.

А. Налить в стаканчики 0,1М растворы солей: CuSO₄ и ZnSO_4. Опустить в них электроды медный и цинковый, тщательно очистив их наждачной бумагой. Оба раствора соединить солевым мостиком, заполненным смесью электролита KCl и агар-агара.

Б. Присоединить гальванический элемент к вольтметру и измерить напряжение на электродах, т.е. ЭДС элемента. По солевому мостику происходит переход ионов из одного раствора в другой.

Задание:

1. Записать схему гальванического элемента, написать реакции, идущие на электродах, указать анод и катод.

2. Рассчитать теоретическое значение ЭДС с учётом концентрации электролитов.

3. Рассчитать ΔĠ источника тока и сделать вывод о возможности его работы с термодинамической точки зрения.

Вывод:

9.6 Лабораторная работа: Коррозия металлов

Цель работы: смоделировать в лабораторных условиях процессы коррозии металлов электрохимического типа.

Оборудование и реактивы: медная проволока, железная скрепка, стальная пластинка, наждачная бумага, олово, цинк, алюминий, фенолфталеин, сухие соли: NaCl и NaNO₂, растворы: HCl, NaCl, гексацианоферрат (III) калия, сульфат меди.

Опыт № 1. Влияние образования гальванической пары на процесс растворения металла в кислоте. В пробирку налейте (1/3 часть) 0,01 М раствора HCl и опустите в неё гранулу цинка. Наблюдайте интенсивность выделения водорода. Прикоснитесь к цинку медной проволокой. На каком металле выделяется водород и изменилась ли интенсивность его выделения?

Задание: напишите схему коррозийного процесса с водородной деполяризацией на катоде; уравнения реакций, идущих на электродах, возникшего гальванического элемента; суммарную окислительно-восстановительную реакцию.

Опыт № 2. Коррозия железа под каплей жидкости. В пробирке приготовьте смесь из 1 мл 3 % раствора NaCl, 1 капли гексацианоферрата (III) калия - K₃[Fe(CN)₆] и 3-х капель фенолфталеина. Одну каплю полученной смеси нанести на стальную пластинку, очищенную наждачной бумагой. Через некоторое время наблюдайте появление синего окрашивания (или осадка) в центре капли и малинового окрашивания по краям. Оставшуюся смесь оставить для 3-го опыта.

Задание: объясните наблюдаемый эффект коррозии. Укажите катодную и анодную зону коррозии и напишите уравнения реакций в этих зонах. Составьте общую окислительно-восстановительную реакцию с учетом окисления железа сначала до степени окисления +2, затем до +3 .

ПРИМЕЧАНИЕ. Гексацианоферрат (III) калия служит для распознавания ионов двухвалентного железа. В их присутствии образуется синий осадок соли: Fe₃[Fe(CN)₆]. Ионы хлора усиливают коррозию, а электролитом является Н₂О и О₂.

Опыт № 3. Действие ингибитора на процесс коррозии.К смеси раствора, оставшегося в опыте № 2, добавьте несколько кристалликов нитрита натрия NaNO₂ и каплю полученного раствора нанести на стальную пластинку.

Задание: отметьте, происходит ли коррозия железа в данном случае? Чем это доказать? Какой ион замедляет коррозию и является ингибитором.

Опыт № 4. Коррозия оцинкованного и луженого железа. В две пробирки налейте ½ их объема 0,01 М раствора НСl, добавьте в каждую по 2-3 капли гексацианоферрата (III) калия. Сделайте модели оцинкованного и луженого железа следующим образом: в одну железную скрепку укрепить гранулу цинка, в другую олово и опустить их в 2 пробирки с приготовленным раствором. В какой пробирке окисляется железо? Как вы это установили?

Задание: напишите схемы коррозии оцинкованного и луженого железа, реакции, идущие на электродах, гальванический элемент и суммарные окислительно-восстановительные реакции.

Опыт № 5. Защитное действие оксидной пленки. В пробирку налейте раствор сульфата меди (1/2 часть пробирки) и опустите в него гранулу алюминия. Оксидная пленка препятствует взаимодействию алюминия с раствором CuSO₄. В другую пробирку налейте раствор сульфата меди, добавив в него несколько кристалликов NaCl. В полученную смесь опустить гранулу алюминия. Наблюдайте появление рыхлого осадка металлической меди и выделение пузырьков водорода. Ионы хлора разрушили оксидную пленку.

Задание: образование какого гальванического элемента усиливает процесс растворения? Составьте схему этого элемента и напишите реакции, идущие на электродах. Запишите суммарную окислительно-восстановительную реакцию.

Опыт № 6. Метод протекторной защиты.В две пробирки налейте (по 1/2 части) 3%-ный раствор NаCl и по 2-3 капли раствора K₃[Fe(CN)₆]. В первую пробирку опустите железную скрепку, во вторую – железную скрепку с гранулой цинка. В какой пробирке появится синее окрашивание? На что это указывает? Какой процесс пойдет во второй пробирке? Какой металл окисляется?

Задание: напишите схемы гальванических элементов, возникающие в обоих пробирках, учитывая, что электролитом является вода. Напишите реакции на электродах и суммарную окислительно-восстановительную реакцию.

Вывод: