Khimia / Химия / Курс ЛР / лаба15

Федеральное агентство по образованию Российской федерации

Владимирский государственный университет

Кафедра химии.

Лабораторная работа №15.

ЭЛЕКТРОЛИЗ.

Выполнил:

Студент гр. Хб-109

Леденёв С.А.

Проверил:

Проф. Орлин Н.А

Владимир 2010.

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.

; ;

Выполнение работы.

Цель работы: изучить электролиз растворов хлорида натрия, сульфата натрия, сульфата меди (II), сульфата меди (II) с использованием растворимого анода.

Приборы и реактивы. Электролизёр, графитовые или платиновые электроды. Растворы: хлорида натрия 1 М, сульфата натрия 1 М, сульфата меди 1 М, иодида калия 0,1 М, фенолфталеина, лакмуса нейтрального.

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№2.

Электролиз раствора сульфата натрия.

В электролизёр налили раствор сульфата натрия. В оба колена добавили по несколько капель нейтрального лакмуса. Включили ток и наблюдали через 3 -5 минут изменение окраски электролита в прикатодном и прианодном пространстве.

При добавлении лакмуса к катоду раствор приобрёл розовый цвет из этого следует среда щелочная. При добавлении лакмуса к аноду раствор приобрёл син ий цвет из этого следует кислая.

K: Na⁺, H₂O A: SO₄^2-, H₂O

2 H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^- 2 H₂O – 4e^- = O₂ + 4H⁺

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.

Вывод: мы изучить электролиз растворов хлорида натрия, сульфата натрия, сульфата меди (II), сульфата меди (II) с использованием растворимого анода.