Прилади і засоби виміру, що використовуються при виконанні лабораторної роботи

Для виконання лабораторної роботи необхідні такі прилади та обладнання:

1. джерело постійного струму ( 12 В) з регулюванням величини струму (по можливості зі стабілізацією струму або напруги);

2. амперметр зі шкалою до 2 А;

3. вольтметр зі шкалою 5 В;

4. електролізер прямокутної форми розміром 10х5х8 (см), виго­тов­лений із оргскла, має пристрої для фіксації катода на позиціях (1-4) (рис.3), мідні анод і катод розміром 5х9х( 0,1) (см);

5. електрод порівняння - ртутно-сульфатний закисний.

Рис.3 Схема електролізера

Хід виконання роботи

Для виконання завдань (1-4) збирають електричну схему з джерела постійного струму (ДПС), електролізера (Ел), амперметра (А) та вольтметра (V) (рис.4).

Рис.4 Електрична схема

В електролізер заливають відповідний розчин на висоту 5-6 см. Підготовку поверхні мідних електродів здійснюють таким чином: зачищають наждачним папером, знежирюють віденським вапном, після промивки травлять у розчині азотної кислоти (1:1), знову промивають, висушують фільтрувальним папером та одну сторону катоду покривають кислотостійким лаком. Після цього катод висушують.

Підготовлені мідні електроди вставляють в електролізер таким чином: анод - біля стінки електролізера, щоб він щільно прилягав до неї, а катод - у відповідні положення (1-4) (рис.3) у залежності від завдання. Згідно із завданням розраховують необхідну силу струму за формулою І = іS, де S - площа катода, яка знаходиться в розчині; і - завдана густина струму. Вмикають струм і вимірюють вольтметром напругу на електролізері та електродні потенціали. Після вимикання струму вимірюють потенціали катода і анода (Е_{рівноважні}). У залежності від завдання будують необхідні графіки, роблять відповідні розрахунки та висновки.

Завдання 1. Вивчити вплив відстані між електродами на величину напруги на електролізері та омічні втрати напруги.

Умови дослідів: електроліт 0,5 М CuSO₄^.5H₂O; катодна густина струму 1 А/дм²; катод у дослідах (1-4) послідовно вставляють у положення 1, 2, 3, 4, тому відстані між електродами складатимуть 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 см відповідно. Температура електроліту - кімнатна.

Заміряють напругу на електролізері (U_ел) при проходженні струму, а також електродні потенціали при проходженні струму і при його відсутності. Розраховують Е_пол = Е_а(I) - E_к(I) ; Е_ом = U_ел - Е_пол. Будують графік Е_ом = f (L). Якщо це пряма лінія, то значить закон Ома придатний і для провідників 2-го роду - електролітів у даних умо­вах. Визначають питому електропровідність розчину. Для цього визначають тангенс кута нахилу (tg ) прямої Е_ом = f (L). Згідно рівняння (9) Е_ом/ L = tg  = і_к/. За відомою катодною густиною струму (і_к) визначають питому електропровідність () та порівнюють її з табличними даними.

Розраховують також поляризацію катода і анода та порівнюють їх.

Результати досліджень заносять до таблиці 1.

Таблиця 1

	2,5	5,0	7,5	10,0
Uел
Eк(I)
Eа(I)
Eпол= Eа(I) - Eк(I)
Еом=Uел -Епол
(Еом/Uел)100,%

Ек(І=0)
Еа(І=0)
к= Eк(I)- Ек(І=0)
а= Eа(I)- Еа(І=0)

Завдання 2. Вивчити вплив густини струму на величину напруги на електролізері та омічні втрати напруги

Умови дослідів: електроліт - 0,5 М CuSO₄^.5H₂0, температура кімнатна; відстань між електродами 10 см; катодна густина струму (А/дм²): 0,25, 0,50, 1,00, 1,50. Для кожної густини струму заміряють напругу на електролізері і потенціали катода та анода. Після вимикання струму вимірюють потен­ціали катода і анода у відсутності струму. Визначають Е_пол, Е_ом та їх складову у відсотках від напруги на електролізері. Будують графік Е_ом= f(i_к) і встановлюють придатність закону Ома до електролітів в даних умовах. Визначають тангенс кута нахилу (tg ) залежності Е_ом= f(i_к) і, використовуючи рівняння 9, розраховують питому електропровідність (): (Е_ом/і_к) = tg  = (L/). Одержане значення питомої електро­провідності порівнюють з табличним. Визначають поляризацію катода і анода, порівнюють ці величини та будують графіки залежності вказаних величин від густини струму. Дані заносять до таблиці 2.

Таблиця 2

	0,25	0,50	1,00	1,50
Uел
Eк(I)
Eа(I)
Eпол= Eа(I) - Eк(I)
Еом=Uел -Епол
(Еом/Uел)100,%
Епол/Uел)100,%

Ек(І=0)
Еа(І=0)
к= Eк(I)- Ек(І=0)
а= Eа(I)- Еа(І=0)

Завдання 3. Вивчити вплив концентрації сульфату міді на напругу на електролізері, омічні втрати напруги та поляризацію електродів

Умови дослідів: відстань між електродами 10 см; катодна густина струму 0,5 А/дм²; концентрації електроліту CuSO₄^.5H₂0 складають 0,1 М, 0,25 М, 0,5 М.

У кожному з 3-х дослідів при густині струму 0,5 А/дм² і відстані між електродами 10 см заміряють напругу на електролізері та потенціали електродів, а також заміряють потенціали анода та катода за відсутністю струму (один раз після вимкнення струму). Визначають Е_пол, Е_ом, будують графік залежності Е_ом = f(концентр. солі) та роблять висновок про придатність закона Ома до провідників 2-го роду в даних умовах. Визначають вплив концентрації солі на поляризацію катода і анода. Дані заносять до таблиці 3.

Таблиця 3

	0,10	0,25	0,50
Uел
Eк(I)
Eа(I)
Eпол= Eа(I) - Eк(I)
Еом=Uел -Епол
(Еом/Uел)100,%
Епол/Uел)100,%
Ек(І=0)
Еа(І=0)
к= Eк(I)- Ек(І=0)
а= Eа(I)- Еа(І=0)

Завдання 4. Вивчити вплив температури на напругу на електролі­зері , омічні втрати напруги та поляризацію електродів

Умови дослідів: електроліт - 0,5 М CuSO₄^.5H₂0, відстань між елект­ро­дами 10 см, катодна густина струму 1 А/дм², температура електроліту 25^оС, 35^оС, 45^оС, 55^оС.

Збирають електричну схему, в електролізер вставляють підготовлені електроди, заливають електроліт, нагрітий заздалегідь до 60^оС. У міру охолодження електроліту при вказаних температурах ( 55^о, 45^о, 35^о, 25^о) заміряють напругу на електролізері та електродні потенціали при протіканні електричного струму. Заміряють також потенціали електродів за відсутності струму. Визначають Е_пол, Е_ом, будують графік Е_ом=f(t^o). Роблять висновок про придатність закону Ома до провідників 2-го роду в даному випадку. Поскільки питома електропровідність електроліту залежить від температури, то графік Е_ом=f(t^o) буде аналогічним залежності  = 1/ = f(t^o).

Визначають поляризацію анода і катода в залежності від темпе­ратури, встановлюють чи однаково змінюється поляризація анода і катода з підвищенням температури.

Дані заносять до таблиці, подібній для завдання 3.