Лабораторна робота № 3 електроліз розчинів солей

Мета роботи: вивчення процесів, які відбуваються на електродах у процесі електролізу та визначення маси продуктів електролізу і виходу за струмом.

Дослід 1. Мідніння (електроліз розчину сульфату міді та сульфатної кислоти з розчинним анодом)

І. Характеристики процесу.

Склад електроліту: CuSO₄ – 200...250 г/дм³, Н₂SO₄ – 50...70 г/дм³; аноди – мідні, катод графітовий; густина за струмом (і) – 6...8 А/дм²; швидкість осадження міді 0,2...1,6 мкм/хв.

ІІ. Порядок роботи.

1. Зважити вугільний катод з точністю до 0,01 г і результат записати (m₁).

2. Визначити площу частини катоду S, яка занурюється у електроліт (S = h, де  = D – довжина кола циліндричного катоду, h  висота змоченої частини катода), виразити її у дм² (1 дм² = 100 см²). Обчислити силу струму: І = іS (A).

3. Зібрати прилад для електролізу згідно зі схемою на рис.2.

1 2

3 А 4

V

А К А

6 5 6

7

Рис.2. Схема приладу: 1 – випрямляч; 2 – амперметр; 3 – реостат; 4 – вольтметр (встановлюється 6 В); 5 – катод; 6 – анод; 7 – електролітична ванна з електролітом.

Помістити катод на катодну штангу і через реостат з'єднати з негативним полюсом випрямляча. Аноди помістити на анодні штанги і з'єднати з позитивним полюсом випрямляча. Складену схему запропонувати викладачеві для перевірки. Увімкнути прилад в мережу і негайно виставити реостатом розрахункову силу струму. Зафіксувати час і проводити електроліз на протязі 20...25 хвилин. Після закінчення електролізу схему розімкнути та розібрати, катод промити, висушити

над електроплиткою, зважити (m₂) і визначити масу металу, яка виділилася на катоді (m_прак = m₂ – m₁). Електроліз у цьому випадку зводиться до виділення металу на катоді і поступовому розчиненні аноду.

Під час електролізу необхідно описати дослід, записати процеси на електродах і розрахувати масу металу, яка виділиться на катоді за рівнянням Фарадея:

,

де m_теор– маса речовини, яка теоретично повинна виділитися на катоді, г; Е – еквівалентна маса виділеної речовини, г/моль; І – сила струму, А; τ – час електролізу в с або год; F – число Фарадея (96500 Кл/моль, якщо час вимірюється у секундах, або 26,8 А^.год/моль, якщо час вимірюється у годинах).

Розрахувати вихід за струмом  згідно з формулою:

.

ІІІ. Завдання. Записати процеси на електродах і розрахувати масу речовини, яка утворюється на аноді за умовами досліду 1, але з нерозчинними анодами.

Дослід 2. Нікелювання. (Електроліз розчину суміші солей та борної кислоти з розчинним нікелевим анодом)

І. Характеристики процесу.

Склад електроліту: NiSO₄ – 250...300 г/дм³, Na₂SO₄ – 60...80 г/дм³, Н₃ВО₃ – 25...40 г/дм³ (Н₃ВО₃ додається для підтримування певного значення рН, Na₂SO₄ – для збільшення електропровідності електроліту); аноди – нікелеві, катод – мідний, густина за струмом (і) – 0,5...2 А/дм², рН – 5,2...5,8; швидкість осадження нікелю – 0,1...0,4 мкм /хв.

ІІ. Порядок роботи.

1. Зачистити наждачним папером і зважити мідний катод з точністю до 0,01 г; результат записати (m₁).

2. Визначити площу частини мідного катода S, яка занурюється в електроліт S = 2h, де h і   висота і довжина частини катода, де буде утворюватися покриття, 2 – дві сторони поверхні катода, виразити її у дм². Обчислити силу струму в амперах (А): І = іS.

3. Далі все, як в п. 3 досліду 1. Пояснити процеси на катоді і анодах.

ІІІ. Завдання. Записати процеси на електродах і розрахувати кількість речовини, яка утворюється на аноді за умовами досліду 2, але з нерозчинними анодами.

Дослід 3. Цинкування. (Електроліз розчину суміші солей з розчинним цинковим анодом)

І. Характеристики процесу.

Склад електроліту: ZnSO₄ – 200...300 г/дм³, Al₂(SO₄)₃ – 20...30 г/дм³, Na₂SО₄ – 25...40 г/дм³. Al₂(SО₄)₃ додається для підтримування певного значення рН, Na₂SO₄ – для збільшення електропровідності електроліту; аноди – цинкові, катод – залізний, густина за струмом (і) – 1...3 А/дм², рН – 3,5...4,0; швидкість осадження цинку – 0,2...0,65 мкм /хв.

ІІ. Порядок роботи:

1. Зачистити ретельно наждачним папером і зважити залізний катод з точністю до 0,01 г; результат записати (m₁).

2. Визначити площу частини залізного катода S, яка занурюється у електроліт S = 2h, де h і   висота і довжина катода, де буде утворюватися покриття, 2 – дві сторони поверхні), виразити її у дм². Обчислити силу струму в амперах (А): І = і·S .

3. Далі все, як в п. 3 досліду 1. Пояснити процеси на катоді і анодах.

ІІІ. Завдання. Записати процеси на електродах і розрахувати масу речовини, яка утворюється на аноді за умовами досліду 3 але з нерозчинними анодами.