- •Лабораторная работа 1 Основные классы неорганических соединений
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 2 Определение молярной массы эквивалентов цинка
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Данные опыта и результаты расчетов Таблица 2.1
- •Давление насыщенного водяного пара при различных температурах
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 3 Определение теплоты реакции нейтрализации
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •После подстановки справочных данных из табл.Iполучаем:
- •Таким образом, тепловой эффект реакции равен –853,8 кДж, а составляет –822,2 кДж/моль.
- •Подставляем в формулу справочные данные из табл.Iи получаем:
- •Используя справочные данные табл.Iполучаем:
- •Решение. ВычисляемDh0х.Р.ИDs0х.Р.:
- •Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения
- •При сгорании 1 л с2н4 (н.У.) выделяется 59,06 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию образования этилена. (Ответ: 52,3 кДж/моль).
- •№ 3.3. А) Сожжены с образованиемH2o(г) равные объемы водорода и ацетилена, взятые при одинаковых условиях. В каком случае выделится больше теплоты? Во сколько раз? (Ответ:5,2).
- •Лабораторная работа 4 Скорость химической реакции
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 5 Катализ
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 6 Химическое равновесие
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Для опыта удобно воспользоваться реакцией
- •Опыт 2. Влияние температуры на химическое равновесие
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 7 Определение концентрации раствора кислоты
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •4,37 Моль/кг
- •Лабораторная работа 8 Реакции в растворах электролитов
- •Теоретическое введение
- •Опыт 1. Сравнение химической активности кислот
- •Опыт 2. Реакции, идущие с образованием осадка
- •Опыт 3. Реакции, идущие с образованием слабого электролита
- •Опыт 4. Реакции, идущие с образованием газа
- •Опыт 5. Амфотерные электролиты
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 9 Гидролиз солей
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Опыт 2. Смещение равновесия гидролиза при разбавлении раствора
- •Опыт 3. Смещение равновесия гидролиза при изменении температуры
- •Опыт 4. Реакции обмена, сопровождаемые гидролизом
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 10 Коллоидные растворы
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 11 Окислительно-восстановительные реакции
- •Теоретическое введение
- •2O−2 – 4ē → o20 ½3 − окисление
- •Выполнение работы Опыт 1. Влияние среды на окислительно-восстановительные реакции
- •Опыт 3. Реакция диспропорционирования
- •Опыт 4. Внутримолекулярная реакция (групповой)
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 12 Коррозия металлов
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы Опыт 1. Влияние образования гальванической пары на процесс растворения металла в кислоте
- •Опыт 2. Роль защитной пленки в ослаблении коррозии
- •Примеры решения задач Электродные потенциалы. Гальванические элементы. Коррозия металлов
- •Стандартные электродные потенциалы (jo) при 25oС и электродные реакции для некоторых металлов
- •Для первого электрода:
- •Для второго электрода:
- •Лабораторная работа 13 Электролиз
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы Опыт 1. Электролиз раствора иодида калия
- •Опыт 2. Электролиз раствора сульфата натрия
- •Опыт 3. Электролиз раствора сульфата меди
- •Опыт 4. Электролиз с растворимым анодом
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 14 Химические свойства металлов
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Опыт 4. Действие щелочи на металлы
- •Лабораторная работа 15 Комплексные соединения
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 16
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 17 Жёсткость воды
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 18 Алюминий, олово, свинец
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 19 Металлы подгрупп меди и цинка
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 20 Хром
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 21 Марганец
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 22 Железо, кобальт, никель
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Опыт 3. Получение и свойства гидроксида никеля (II)
- •Опыт 6. Получение комплексных соединений кобальта
- •Опыт 7. Получение комплексных соединений никеля
- •Лабораторная работа 23 Галогены
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 24 Кислород. Пероксид водорода
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 25 Сера
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 26 Азот
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 27 Углерод. Кремний
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 28 Углеводороды
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 29 Спирты, альдегиды, кетоны
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 30 Органические кислоты
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 31 Распознавание высокомолекуляных материалов
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 32 Получение фенолоформальдегидных смол
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 33 Качественный анализ металлов
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа 34 Качественные реакции на анионы
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 35 Количественное определение железа в растворе его соли
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •Библиографический список
- •Приложение а
- •Требования к оформлению отчета по лабораторной работе
- •Растворимость солей и оснований в воде
- •Периодическая система
- •Элементов д.И. Менделеева Таблица 3
Лабораторная работа 13 Электролиз
Цель работы: изучить понятие «электролиз», рассмотреть анодные и катодные процессы при электролизе растворов различных солей.
Задание: провести электролиз водных растворов солей. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.
Теоретическое введение
Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.
Если в раствор электролита погрузить электроды и подключить их к внешнему источнику постоянного тока, то ионы в растворе получают направленное движение. К аноду (положительному электроду) движутся анионы (кислотные остатки, OH−). К катоду (отрицательному электроду) движутся катионы (Мn+, H+). Достигнув электродов, ионы разряжаются: у анода восстановитель отдает электроны (в сеть) и окисляется; у катода окислитель присоединяет электроны (из сети) и восстанавливается.
При электролизе водных растворов, кроме ионов электролита в окислительно-восстановительном процессе принимают участие молекулы воды. Молекулы воды сильно полярны и поэтому притягиваются и к катоду и к аноду. На катоде молекулы воды могут восстанавливаться:
2Н2О + 2ē = Н2+ 2ОН– (j= –0,41 В),
а на аноде – окисляться:
2Н2О – 4ē = 4Н++ О2(j= +1,23 В).
Характер катодного процесса при электролизе водных растворов определяется величиной стандартного электродного потенциала металла. На катоде в первую очередь восстанавливаются катионы, имеющие наибольшее значение электродного потенциала. Если катионом электролита является металл, электродный потенциал которого значительно более отрицательный, чем –0,41 В, то на катоде металл восстанавливаться не будет, а произойдет восстановление молекул воды. Эти металлы расположены в ряду напряжений отLiпоAl включительно. Если катионом электролита является металл, электродный потенциал которого значительно положительнее, чем –0,41 В, то из нейтрального раствора такого электролита на катоде будет восстанавливаться металл. Такие металлы находятся в ряду напряжений вблизи водорода (примерно от олова и после него). В случае ионов металлов, имеющих значения потенциала близкие к –0,41 В (Zn,Cr,Fe,Cd,Ni), в зависимости от концентрации электролита и условий электролиза, возможно как восстановление металла, так и выделение водорода, а нередко и их совместный разряд.
На аноде в первую очередь окисляются анионы с наименьшим значением электродного потенциала. Различают электролиз с нерастворимым (инертным) и растворимым (активным) анодами. Инертным называется анод, материал которого в ходе электролиза не окисляется (графит, уголь, платина). Активным называется анод, материал которого может окисляться в ходе электролиза.
На инертном аноде при электролизе водных растворов щелочей, растворов электролитов с кислородсодержащими анионами (SO42−, PO43−, NO3‾), а также фторид-ионами F‾ на аноде происходит электрохимическое окисление воды:
2H2O − 4ē → 4H+ + O2
Если анионы электролита бескислородны (Cl‾, Br‾, I‾, S2−), то они и разряжаются на аноде в ходе электролиза.
Активный (растворимый) анод при электролизе окисляется – переходит в раствор в виде ионов.
Рассмотрим несколько случаев электролиза водных растворов солей.
Э л е к т р о л и з р а с т в о р а CuCl2 c и н е р т н ы м а н о д о м
Электродный потенциал меди (+0,337 В) значительно больше потенциала восстановления ионов водорода из воды (–0,41 В). Поэтому на катоде происходит процесс восстановления ионов Cu2+.У анода будут окисляться хлорид-ионы.
Схема электролиза раствора хлорида меди (II)
CuCl2 = Cu2+ + 2Cl‾
Катод (−) ← Cu2+, H2O Анод (+) ← Cl‾, H2O
Cu2+ + 2ē → Cu0 2Cl‾ − 2ē → Cl2
Суммарное уравнение реакции, протекающей при электролизе, имеет вид:
CuCl2 → Cu + Cl2.
Продукты электролиза – Cu и Cl2.
Э л е к т р о л и з р а с т в о р а KNO3 с и н е р т н ы м а н о д о м
Электродный потенциал калия (−2,924 В) значительно меньше потенциала восстановления ионов водорода из воды (–0,41 В), поэтому катионы K+ не будут восстанавливаться на катоде. Кислородсодержащие анионы NO3‾ не будут окисляться на аноде. В этом случае на катоде и аноде восстанавливаются и окисляются молекулы воды. При этом в катодном пространстве будут накапливаться ионы OH‾, образующие с ионами K+ щелочь KOH, а в анодном пространстве накапливаются ионы H+, образующие с ионами NO3‾ кислоту HNO3.
Схема электролиза нитрата калия
KNO3 = K+ + NO3‾
Катод (−) ← K+, H2O Анод (+) ← NO3‾, H2O
2H2O + 2ē → H2 + 2OH‾ 2H2O − 4ē → O2 + 4H+
У катода: 2K+ + 2OH‾ → 2KOH У анода: 2H+ + 2NO3‾ → 2HNO3
Суммарное уравнение реакции электролиза раствора KNO3:
2KNO3 + 4H2O → 2H2 + О2 + 2КОН + 2HNO3
Продукты электролиза – Н2 и О2. У катода образуется щелочь КОН
(рН > 7); у анода образуется кислота HNO3 и рН < 7.
Э л е к т р о л и з р а с т в о р а NiSO4 с н и к е л е в ы м а н о д о м
В этом случае сам анод окисляется, а на катоде восстанавливаются ионы никеля.
Схема электролиза сульфата никеля
Катод (−) ← Ni2+, H2O Анод никелевый ← SO42−, H2O
Ni2+ + 2ē → Ni0 Ni0 – 2ē → Ni2+