Лабораторна робота № 4.
Дослідження явища електролізу водних розчинів солей
Мета роботи: дослідним шляхом ознайомитись із явищем електролізу водних розчинів солей; визначити умови його перебігу; дослідити основні закономірності явища; перевірити справедливість закону Фарадея для електролізу; визначити масу міді, що виділилася на електроді.
Прилади і матеріали: 1) лабораторні терези з важками; 2) джерело струму (4-12 В); 3) з’єднувальні провідники, амперметр, реостат, вимикач; 4) дистильована вода; 5) сіль CuSO4; 6) електролітична ванна; 7) графітові електроди; 8) секундомір; 9) електрична плитка.
Теоретичні відомості.
Рідини, як і тверді тіла, можуть бути діелектриками, провідниками і напівпровідниками. Діелектриком є також дистильована вода. До провідників належать розплави і розчини електролітів: кислот, лугів і солей. Рідкими напівпровідниками є розплавлений селен, розплави сульфідів та ін.
Під час розчинення електролітів під впливом електричного поля полярних молекул води відбувається розпад молекул електролітів на іони. Цей процес називають електролітичною дисоціацією, в результаті якої нейтральні молекули розпадаються на позитивні та негативні іони.
В електроліті з'являються вільні носії зарядів і він починає проводити струм. Оскільки заряд у водних розчинах чи розплавах електролітів переноситься іонами, то таку провідність називають іонною. За іонної провідності проходження струму пов'язано із перенесенням речовини. На електродах відбувається виділення речовин, які входять до складу електроліту. На аноді негативно заряджені частинки віддають свої зайві електрони (окислювальна реакція), а на катоді позитивні іони отримують електрони (реакція відновлення). Процес виділення на електроді речовини, пов'язаний із окислювально-відновлювальними реакціями, називають електролізом.
“Чи можливий процес перетворення електричної енергії у хімічну?”
Такі процеси реалізуються при проходженні постійного електричного струму через систему з двох електродів, під’єднаних до джерела струму і занурених у розплав або розчин електроліту.
Реакції, що відбуваються під дією постійного електричного струму в розчинах або розплавах електролітів називають електролізом. Електроліз здійснюють у приладах – електролізерах (рис. 1).
Рис. 1. Схема електролізу розплаву NaCl.
Іон – заряджений атом або група атомів, що має електричний заряд.
Катіон – позитивно заряджений іон.
Аніон – негативно заряджений іон.
Катод – негативно заряджений електрод (до нього рухаються позитивно заряджені іони – катіони).
Анод – позитивно заряджений електрод (до нього рухаються негативно заряджені іони – аніони).
Електроліз водних розчинів.
При електролізі водних розчинів електролітів на електродах поряд з розряджанням катіонів і аніонів або замість них можуть відновлюватись або окиснюватись молекули води.
Для визначення частинок, які беруть участь у катодному процесі, користуються рядом стандартних електродних потенціалів. Залежно від положення металу в цьому ряду, можливі такі варіанти (табл. 1).
Катіони металів, розміщених правіше від символу “Н” відновлюються до вільного металу: Сu2+ + 2e = Cu.
Катіони металів, розміщених лівіше від символу “Mn” не відновлюються, а відновлюються молекули води: Н2О + 2e = Н2 + 2ОН–.
Катіони металів, розміщених між символами “Al” i “H” відновлюються паралельно з молекулами Н2О:
Сd2+ + 2e = Cd, 2Н2О + 2e = Н2 + 2ОН–.
При цьому більша кількість електрики іде на відновлення катіонів металу.
Таблиця 1.