Виконання роботи

Задача 1. Електроліз з виділенням міді.

Мета роботи: провести електроліз водного розчину CuSO₄ та визначити катодний вихід за струмом.

При електролізі водного розчину CuSO₄ з мідними електродами на катоді буде виділятися мідь:

(−) Cu²⁺ + 2→Cu⁰,

а анод розчинятиметься

(+) Cu⁰ – 2→Cu²⁺.

Маса катода внаслідок електролізу збільшується, а маса анода – зменшується. Тому катодом може бути тонка мідна пластинка, а анод повинен бути масивнішим.

Перед початком експерименту катод зачищають наждаковим папером, промивають дистильованою водою, висушують на повітрі (можна промокнути фільтрувальним папером) і зважують на аналітичних терезах. Занурюють електроди у розчин, вимірюють площу однієї сторони зануреної частини катода і розраховують силу струму, яка необхідна для того, щоб катодна густина струму становила 10 – 20 (при більшій густині струму осад міді погано утримується на катоді і може осипатися, зменшуючи катодну масу).

До джерела постійного струму з напругою 10 – 15 В послідовно підключають реостат, амперметр і електролізер. За допомогою реостата встановлюють розраховану силу струму і підтримують її постійною впродовж всього електролізу. Електроліз проводять 0,5 – 1 годину (за вказівкою викладача), при цьому точно фіксують час його початку і кінця. Після вимкнення струму катод промивають водою, висушують і зважують. Товщину мідного покриття визначають за рівнянням:

, см мкм

(8.4)

де ρ = 8,9 − густина міді;S – площа покриття, см²; g₂, g₁ – маси катода після і до електролізу, відповідно, г.

Форма звіту:

Робоча площа катода S = см².

Сила струму I = А.

Час електролізу початок год. хв.;

кінець год. хв.;

тривалість τ = год.

Маса катода: до електролізу g₁ = г;

після електролізу g₂ = г.

Маса отриманої міді g_пр. = g₂ - g₁ = г.

Теоретична маса міді g_теор. = г.

Вихід за струмом В_С = %.

Товщина покриття l = мкм.

Задача 2. Електроліз води.

Мета роботи: провести електроліз водного розчину лугу та визначити вихід за струмом.

При електролізі водного розчину лугу на електродах перебігають такі процеси:

на катоді (−) 2Н₂О + 2→ Н₂+ 2ОН ⁻,

на аноді (+) 2ОН ⁻ − 2→ Н₂О + О₂.

Сумарна реакція процесу має вигляд

Н₂О ± 2→ Н₂ + О₂.

Отже, для розкладу 1–го моля води теоретично потрібно 2F електрики. При цьому виділяються 1 моль водню і 0,5 моль кисню, а загалом 1,5 моль газової суміші (гримучого газу), яка за нормальних умов займає об’єм 22400 · 1,5 = 33600 см³ (мл).

Оскільки чиста вода має малу електропровідність, то в електролізері використовують розчин лугу. В цьому випадку застосовують нікелеві електроди, тому що нікель в лужному розчині інертний. Електролізер герметично закривають пробкою з газовідвідною трубкою. Гримучий газ, що виділяється при електролізі, збирають у мірному циліндрі-евдіометрі, (рис.10).

При розкладі води в цьому електролізері вихід за струмом становить 100%, отже за об’ємом гримучого газу, що виділяється, можна розрахувати кількість електрики, яка пройшла через розчин лугу. Електролізери, які використовують для визначення Q, називаються кулонометрами.

Складають прилад, як показано на рис. 10. Евдіометр перед початком експерименту наповнюють до краю водою, перевертають, занурюють у ванну з водою і закріплюють у штативі.

До джерела постійного струму підключають послідовно електролізер, амперметр і реостат. За допомогою реостата встановлюють розраховану силу струму і записують час початку електролізу. Після виділення 80–100 см³ газу вимикають струм і записують час припинення електролізу. Розраховують тиск газу в евдіометрі Р_евд. за рівнянням:

,

(8.5)

де Р_бар. – барометричний (атмосферний) тиск, мм рт. ст.; Н – різниця рівнів води в евдіометрі і у ванні 5, мм; В – тиск насиченої водяної пари при температурі досліду, мм рт. ст., який наведено у таблиці 8.1.

Таблиця 8.1 - Тиск насиченої водяної пари при різних температурах.

t, 0С	15	18	19	20	21	22	23	24	25
В, мм рт. ст.	12,8	15,5	16,5	17,5	18,7	19,8	21,1	22,4	23,7

Об’єм практично одержаного газу приводять до нормальних умов:

см3,

(8.6)

де V, P, t – відповідно об’єм, тиск та температура газу в евдіометрі.

Оскільки внаслідок пропускання 2F (2 · 26,8 А · год.) електрики виділяється за нормальних умов 33600 мл гримучого газу, то теоретичний об’єм газу , що повинен виділитися в цьому експерименті, розраховують таким чином:

см3,

(8.7)

де I – сила струму, А; τ – тривалість електролізу, год.

Вихід за струмом в цьому випадку визначається як

%.

Форма звіту:

Сила струму I = А.

Час електролізу початок год. хв.;

Кінець год. хв.;

Тривалість τ = год.

Об’єм газу в циліндрі V = см³; температура t = ⁰С;

Р_бар. = мм рт. ст.; Н = мм; В = мм рт. ст.;

тиск газу в циліндрі Р = мм рт. ст.;

об’єм отриманого газу за нормальних умов = см³;

теоретичний об’єм газу за нормальних умов = см³;

вихід за струмом В_С = 100 %.

ЛІТЕРАТУРА: 1, с. 262 – 270.

ЛІТЕРАТУРА

1. Жуховицкий А. А. Физическая химия: учеб. [для вузов] /А. А. Жуховицкий, Л.А. Шварцман. – М.: Металлургия, 1987. - 688 с.

2. Стромберг А.Г. Физическая химия: учеб. [для вузов] / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко. – М.: Высшая школа, 1988. – 496 с.

3. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии / С.С. Воюцкий. – М.: Химия, 1975. – 512 с.

4. Лебідь В.І. Фізична хімія [підручник для вищих учбових закладів] /В.І. Лебідь – Харків «Фаліо», 2005. – 478 с.

5. Мчедлов – Петросян М.О. Основи колоїдної хімії:фізико – хімія поверхневих явищ і дисперсних систем: підручник / М.О. Мчедлов – Петросян, В.І. Лебідь, О. М. Глазкова та ін. – Х.: ХНУ ім.. В.Н. Карабіна, 2004. – 300 с.

6. Кабачный В.И. Руководство к лабораторным работам по физической и коллоидной химии [учебное издание] / Кабачный В.И., Колесник В.П., Грицан Л.Д. и др. – Х.: НФАУ, 2001. – 192 с.

7. Равдель А.А. Краткий справочник физико-химических величин / А. А. Равдель, А.М. Пономарева. – Л.: Химия, 1983, 1991. – 232 с.

ЗМІСТ

1.	Кінетика гомогенних хімічних реакцій	3
2.	Кінетика гетерогенних процесів	11
3.	Поверхневий натяг	15
4.	Седиментація	21
5.	Електропровідність	27
6.	Електрорушійні сили (ЕРС)	32
7.	Потенціометричне визначення рН	38
8.	Електроліз	40
	Література	47

46