Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
labi.doc
Скачиваний:
17
Добавлен:
19.12.2018
Размер:
759.3 Кб
Скачать

Контрольні запитання

1. Як поділяють речовини (тіла) згідно їх електропровідності та носіїв електрики?

2. Які типи провідників використовують в електрохімічних систе­мах?

3. Які реакції відносять до електрохімічних?

4. Напишіть реакції, які перебігають на електродах при осадженні нікелю із сульфатного розчину, якщо використовують аноди а) нікелеві, б) платинові.

5. Наведіть схему гальванічного елементу, напишіть реакції, які пе­ре­бі­гають на електродах.

6. Чому напруга на електролізері більша, а на гальванічному елементі менша від оборотної електрорушійної сили?

7. Що являє собою електрорушійна сила поляризації?

8. Як розраховують омічні втрати напруги?

9. Розрахуйте потенціал катоду при осадженні міді із розчину, який містить 125 г/л CuSO4.5H2O, якщо катодна поляризація складає 20 мВ.

10. В чому суть ефекта Віна?

11. В чому заключається ефект Дебая-Фалькенгагена?

Лабораторна робота № 5

Хімічна дія струму

Мета роботи: Ознайомитись з законами Фарадея, типами кулонометрів, що використовуються, виходом за струмом та способами його визначення. Дослідити вплив складу електроліту та густини струму на вихід за струмом цинку та визначити вихід за струмом диоксиду свинцю.

Теоретичні відомості

При проходженні електричного струму через електрохімічну систему, яка працює в режимі електролізера, потенціал одного з електродів стає більш позитивним ніж рівноважний потенціал, а потенціал другого - більш негативним, тобто електроди поляризуються. На позитивно поляризованому електроді (аноді) ідуть процеси окислення, а на негативно поляризованому електроді (катоді) - процеси відновлення. Таким чином, проходження електричного струму через електрохімічну систему спричиняє перетворення одних речовин в інші, а тому між кількістю електрики, що проходить, і кількістю речовин, що прореа­гу­вала, є певна залежність. За першим законом Фарадея маса речовини (m), що прореагувала на електроді, прямо пропорційна кількості електрики (q), яка пройшла через електрохімічну систему:

m = k .q = k .I ., (1)

k - електрохімічний еквівалент;

q - кількість електрики, яка дорівнює добутку сили струму (I) на час електролізу ().

Електрохімічний еквівалент являє собою масу речовини, що прореа­гу­вала на електроді в результаті проходження одиниці кількості електрики. Оскільки за одиницю кількості електрики можна взяти різні величини (1 Кл = 1 А.с, 1F = 96500 Кл, 1 А.год), то потрібно розрізняти електрохімічні еквіваленти, які відносяться до цих трьох одиниць. Електрохімічний еквівалент можна розрахувати за формулою:

k = M/(nF), (2)

де М - молекулярна чи атомна маса речовини, яка приймає участь в реакції,

n - кількість електронів, що приймає участь в реакції,

F - число Фарадея, яке дорівнює добутку заряду електрона і числа Авогадро F = 1,6022.10-19 .6,022.1023 = 96487  96500 Кл.

Наприклад, якщо на катоді перебігає реакція відновлення Fe3+ + e = Fe2+, то електрохімічний еквівалент kFe = 56/(1. 96500) =5,8 . 10-4 г/Кл або kFe = 56/(1. 26,8) = 2,09 г/А.год.

Знаючи молекулярну масу сполуки, що бере участь у реакції, можна розрахувати електрохімічний еквівалент не самого елемента, а сполуки в цілому.

Для газоподібних речовин до виразу для електрохімічного еквівалента замість маси може входити об`єм. Наприклад, для реакції відновлення водню 2H+ + 2e = H2 k = 22,4/(2.96500) = 1,16  10-4 л/Кл.

Згідно 2-го закону Фарадея при сталій кількості електрики, що пройшла через електрохімічні системи, маси речовин, що прореагу­вали, відносяться між собою, як їхні хімічні еквіваленти (А):

(3)

Кількість електрики, що дорівнює 1F(або 96500 Кл, або 26,8 А.год), завжди змінює електрохімічно 1 г-еквівалент речовини неза­лежно від її природи:

(4)

Часто на електроді можуть одночасно перебігати декілька реакцій. Наприклад, при осадженні нікелю на катоді можливе виділення водню:

Ni2+ +2e = Ni - основна реакція

2H+ + 2e = H2 - побічна реакція.

Щоб урахувати вплив побічних (паралельних) реакцій введено поняття виходу за струмом (ВС). Вихід за струмом характеризує долю кількості електрики, яка витрачається на дану (і) електродну реакцію:

ВСі = (qi/qзаг) . 100% (5)

Для вище наведеного прикладу осадження нікелю можна записати:

ВСNi = (qNi/qзаг) . 100%.

Знаючи вихід речовини за струмом, можна розрахувати масу цієї речовини, яка прореагувала на електроді при проходженні загальної кількості електрики (qзаг = I. ):

mi = ki . qзаг .ВСi = ki . I ..ВСi, (6)

також можна визначити швидкість основної (чи побічної) реакції, яка характеризує парціальну густину струму іі = і. ВСі, можна розраху­вати час електролізу, необхідного для осадження заданої кількості продукту:

 = mі /(kі . I . ВСі ), (7)

чи товщину гальванічного покриття (), для цього рівняння (6) можна записати таким чином:

.. S = ki . I ..ВСi,

де  - питома вага металу, що осаджується,

S – площа поверхні на яку осаджують метал,

товщина осаду складає:

 = ki . i ..ВСi /., де i = I/S (8)

Електрохімічні системи, в яких перетворення речовин протікає з ВС =100%, використовують для визначення загальної кількості електрики і їх називають кулонометрами. Використовують три типи кулонометрів: вагові, титраційні та об`ємні.

Вагові кулонометри

До вагових кулонометрів відносять мідний та срібний. При їх використанні кількість електрики визначають по приросту маси катода за час електролізу.

Мідний кулонометр

Мідний кулонометр являє собою електролізер прямокутної форми, в який завішують мідні два аноди та один катод, як показано на рис. 1.

Рис.1 Мідний кулонометр Рис.2 Срібний кулонометр

В електролізер наливають розчин, який містить 125 г/л CuSO4. 5H2O + 50 г/л H2SO4 (густина 1,84 г/дм3) + 50 мл С2Н5ОН. Катодна густина струму повинна підтримуватись в інтервалі 0,2...2 А/дм2. Кількість електрики визначають за формулою (1), розділивши масу міді, яка відновилась на катоді, на електрохімічний еквівалент міді. Точність мідного кулонометра досягає 0,1%.

Срібний кулонометр

Срібний кулонометр являє собою платиновий електролізер, який одночасно служить катодом, анодом є срібна пластинка. Між електро­дами завішують діафрагму (чи одягають чохол на анод) з тим, щоб на катод не попадали частинки срібла, які викришуються при розчиненні анода. Електролітом служить нейтральний 20% розчин AgNO3. Катодна і анодна густина струму не повинна перевищувати 2 А/дм2. Визначивши масу срібла, яке відновилось на катоді розраховують кількість електрики за формулою (1). Ваговий срібний кулонометр є найбільш точним, похибка складає 0,005%.

Титраційні кулонометри

Найбільш поширеними титраційними кулонометрами є йодний і срібний ку­лонометр Кистяківського. Кількість електрики, що пройшла, розрахо­вують за формулою (1) по кількості речовини, яка утворилась на аноді. Масу цієї речовини визначають титруванням. Точність обох титраційних кулонометрів складає 0,001%.

Срібний кулонометр Кистяківського

Титраційний срібний кулонометр Кистяківського являє собою скля­ний електролізер, який має в нижній частині кран для зливання електроліту (рис.3). Анодом служить срібна проволока, яка запаяна в скляну трубочку, катод - платиновий (чи платино-іридієвий). Електролізер заповнюють на  3/4 висоти 15...20% розчином KNO3, а потім зверху обережно піпеткою наливають 0,5 М розчин HNO3, який повинен повністю покрити платиновий катод. Це необхідно для того, щоб уникну­ти випадання в осад гідроксиду срібла, яке може утворюватись внаслідок підвищення рН розчину при розряді на катоді молекул води за реакцією 2H2O + 2e = H2 + 2OH-. В кислому середовищі на катоді перебігає реакція 2H3O+ + 2e = H2 + 2H2O і гідроксид срібла не утворюється. Анодна густина струму не повинна перевищувати 3 А/дм2.

В іншій конструкції кулонометра анод і катод вставляють в U-подібний скляний електролізер на шліфах, при цьому катодне відділення відділяється від анодного пористою скляною діафрагмою. Катодне відді­лен­ня заповнюють азотною кислотою в останню чергу.

Після закінчення електролізу електроліт, який міститься в кулонометрі, виливають в мірну колбу місткістю 200...250 мл, туди ж зливають промивні води після обполіскування посудини і електродів кулонометра та добавляють дистильованої води до мітки. Концентрацію срібла, яке розчинилось при проходженні електричного струму, визначають титруванням 25 мл взятого з мірної колби розчину 0,5 М роданідом калію (AgNO3 + KCNS = AgCNS + KNO3). Можна проводити титрування і іншим способом.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]