5.При электролитической очистке меди из черновой меди изготавливают анод,

аиз чистой — катод. Проводят электролиз серной кислоты, в результате чего анод растворяется с образованием Cu2+, а на катоде ион Cu2+ обратно восстанавливается с образованием меди. Менее активные металлы не растворяются на аноде, образуя анодный шлам. Более активные металлы остаются в растворе, не оседая на катоде. На что тратится энергия в этом процессе, если на аноде и катоде протекают обратные реакции, а значит, их суммарный энергетический эффект равен нулю?

6.Какую массу меди можно очистить электролитически (см. предыдущее задание), если пропускать через неё ток силой 10 А в течение одного часа?

7.Какую минимальную энергию нужно затратить, чтобы в кислой среде вы-

делить 1 кг меди из раствора CuSO4 электролизом? Какой объём (н. у.) природного газа CH4 нужно сжечь, чтобы получить столько энергии?

Японимаю условия (напряжение и силу тока) проведения электролиза с

заданным выходом продукта и энергетической эффективностью

Практическая работа 17. Гальваника

• Какой раствор называют буферным?

Оборудование. Блок питания, позволяющий отдавать токи минимум 1 А (оптимально 5 А) при напряжении минимум 10 В (оптимально 30 В). Провода, подсоединяемые к блоку питания, с зажимами-«крокодилами». Штатив с муфтой и изолированной лапкой, плитка, стакан химический объёмом 50—100 мл, чашка Петри или чашка для выпаривания, цилиндр мерный объёмом 20—25 мл.

Реактивы. Монеты СССР образца 1961 г. (лучше всего 5 и 20 копеек; можно заменить пластинами из нержавеющей стали и бронзовыми пластинами соответственно), графитовая пластина или стержень (от батарейки), насыщенный раствор Na2CO3, 10%-ный раствор HCl, 2%-ный раствор CuSO4, 2%-ный раствор NiSO4, 10%-ный раствор H2SO4.

Чтобы покрыть металл А металлом Б, нужно подключить металл А к катоду (–) блока питания и погрузить в раствор соли металла Б. К аноду

(+) блока питания нужно подключить инертный электрод (чаще всего графит) и задать плотность тока около 20 мА/см2. Слишком большие плотности дают рыхлое покрытие.

219

Рис. 43. Установка для электролиза (пример)

1. Очистка поверхности металла. Поверхность металла должна быть очищена от жиров. Для этого металлическое изделие сначала кипятят 15 мин в насыщенном растворе соды, затем, удерживая пинцетом, промывают 10%-ной соляной кислотой, а затем водой. После этого и до завершения обработки изделие можно брать только пинцетом!

2.Покрытие медью. В чашку для выпаривания или другой сосуд для электролиза налейте 2%-ный раствор сульфата меди(II). Закрепите в зажиме-«крокодиле» (рис. 43) изделие из белого металла (монету или пластинку из нержавеющей стали). В другом зажиме-«крокодиле» закрепите графитовую пластину или стержень. Погрузите их в раствор сульфата меди (так, чтобы «крокодилы» не погрузились в раствор и не произошло замыкание). Включите ток силой 0,02 А на 0,5—1 мин. Извлеките изделие из раствора и визуально оцените качество покрытия. Если оно слишком рыхлое, уменьшите силу тока или время электролиза. Если оно незаметно, наоборот, увеличьте время или силу тока.

3.Медная губка. Повторите предыдущий опыт с силой тока 1 А. Как

различаются покрытия, полученные в двух опытах?

4.Выделение водорода. Для выделения водорода проведите электролиз раствора серной кислоты с графитовым анодом и катодом из любого металла, который с ней напрямую не реагирует. Сила тока порядка 1 А.

5.Покрытие никелем. При электролизе солей никеля вместе с нике-

лем на катоде выделяется газообразный водород. Чтобы подавить выделение водорода, нужно регулировать кислотность среды (чем она ниже, тем

220

хуже выделяется водород). Для регулирования кислотности используют буферные растворы, в нашем случае — ацетатный буферный раствор с рН = 4,7.

Проведите в течение минуты электролиз смеси 1 : 1 раствора сульфата никеля и ацетатного буферного раствора. В качестве катода используйте бронзовую монету или пластину. Сила тока около 0,02 А. Пинцетом извлеките изделие из раствора и визуально оцените качество покрытия. Если оно слишком рыхлое, уменьшите силу тока или время электролиза. Если оно незаметно, наоборот, увеличьте время или силу тока.

Я умею проводить электролиз и покрывать поверхность одних металлов

другими

221

ГЛАВА VI

МЕТАЛЛЫ

§ 44 Свойства соединений металлов

•Какой из двух оксидов марганца: MnO и Mn2O 7 — кислотный а какой — основный? Какие гидроксиды им соответствуют?

•При ведите пример амфотерного оксида.

Свойства металлов определяются слабой связью валентных электронов с атомом. По этой причине простые вещества металлы образуют металлическую кристаллическую решётку. По этой же причине элементы-металлы не проявляют отрицательных степеней окисления. В степенях окисления до +3 они склонны к образованию оснóвных или амфотерных оксидов,

а в солях — катионов. В степени окисления +4 они образуют несолеобразующие оксиды (т. е. оксиды, не реагирующие ни с кислотами, ни с основаниями). Это, как правило, соединения с атомной решёткой, поскольку удержать такой заряд иона очень сложно. В ещё более высоких степенях окисления металлы образуют кислотные оксиды, а в солях входят в состав кислотных остатков (анионов).

Таблица 10

Характер соединений металлов в разных степенях окисления

222

Приведите пример соли, содержащей кальций в степени окисления +2. Приведите пример соли, содержащей вольфрам в степени окисления +6.

Таблица 11

Характерные степени окисления и соединения металлов

Na Характерны низкие степени окисления (от +1 до +3). Образуют исключи-

тельно основные оксиды. В состав солей входят в форме катионов

Al

Характерны низкие степени окисления (+2 или +3). Образуют амфотерные оксиды. В состав солей входят в форме катионов или гидроксокомплексных анионов

Ti Характерна степень окисления +4. Образуют несолеобразующие оксиды.

Соли не характерны

VХарактерны степени окисления +5 и более. Образуют кислотные оксиды. В состав солей входят в форме анионов

Pb

Характерны различные степени окисления до +4 включительно. Характер соединений зависит от степени окисления (см. табл. 10)

Характерны различные степени окисления. Характер соединений зависит Mn от степени окисления (см. табл. 10)

Пользуясь таблицей 11, определите:

–каким двухзарядным катионам соответствуют амфотерные гидроксиды;

–какая степень окисления характерна для натрия, для кальция и для алюминия;

–формулы высшего оксида хрома и высшего оксида марганца;

–характер высшего оксида титана и высшего оксида хрома.

223

У всех переходных металлов на последнем уровне находятся два валентных s-электрона (см. § 2), которые и определяют их общие свойства, в частности степень окисления +2. Однако у многих переходных металлов катион Me2+ оказывается очень сильным восстановителем. Для этих элементов (титан, молибден, вольфрам и др.) степень окисления +2 возможна, но не характерна. Катионов в водных растворах они не образуют, поэтому их обычно не включают в ряд активности. C кислотами такие металлы, как правило, не реагируют.

Несолеобразующие оксиды

1.Напишите формулу самого устойчивого соединения титана в степени окисления +4.

2.Реагирует ли ванадий с кислотами?

3.Для марганца характерны степени окисления +2, +4, +6 и +7. Приведите по одному примеру соответствующего соединения марганца.

4.В каких степенях окисления марганец может входить в состав солей? Приведите примеры этих солей.

5.Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6. Во всех этих степенях окисления хром может входить в состав солей. Приведите по одному примеру соответствующей соли.

Японимаю закономерности в изменении химических свойств металлов.

224