Лабораторная работа «Электрохимия»

ПРИМЕЧАНИЕ. При оформлении отчета привести уравнения всех полуреакций, протекающих на электродах в проведенных опытах.

1. Ряд напряжений. Перенапряжение

а). Коррозия оцинкованного и луженого железа. Две пробирки наполнить на 1/2 их объема водой и добавить по 2 капли 1М серной кислоты и гексацианоферрата(III) калия (реактив на ионы железа(II)). Две железные проволоки очистить наждачной бумагой, затем одной обмотать кусочек очищенного цинка, а другой – очищенного олова и опустить их в приготовленные растворы. Как объяснить различие в их окраске, проявляющееся через несколько минут? Относятся ли наблюдаемые явления к электрохимической коррозии? Записать схему возникающего ГЭ. Что эффективнее для защиты Fe от коррозии: цинкование или лужение (покрытие оловом)?

б). Перенапряжение выделения водорода. Внести в 2 пробирки по 6 капель 1М серной кислоты и по грануле цинка. Что наблюдается? Коснуться кусочка цинка в одной из пробирок медной проволокой. Изменилась ли скорость образования газа? На каком из металлов он выделяется? Отнять проволоку и вновь отметить наблюдаемый эффект. Добавить в одну пробирку с гранулой цинка 2 капли сульфата меди(II), а в другую – соли свинца(II). Изменилась ли скорость процесса? Почему?

Соответствуют ли результаты опытов «а» и «б» ряду напряжений металлов?

2 . Составление гальванических элементов.

а) Медно-цинковый ГЭ. Собрать установку (рис. 10), используя стаканы на 50 мл (1), металлические пластинки цинка и меди (2), 1М растворы солей этих металлов (3), а в качестве электролитического мостика – стеклянную П-образную трубку (4), заполненную насыщенным раствором хлорида калия в смеси с агар-агаром. Внешнюю часть электроцепи составить из звонковых проводов (5), нуль-гальванометра (6), вольтметра (7) и ключа (8).

Отметить показания вольтметра при разомкнутой внешней цепи, а затем при замкнутой в первый момент работы ГЭ и потом. Объяснить наблюдение.

Рассчитать значения э.д.с. медно-цинкового элемента по величине стандартных ОВП и сравнить с опытными данными. В чем причина возможных расхождений? Изобразить двойной электрический слой на границе раздела «металл ‑ раствор соли» для цинкового и медного электродов. В результате какой ОВР возникает электрический ток в данном ГЭ. Каково направление тока? Какие ионы и куда перемещаются в растворе при замыкании внешней цепи?

б) Концентрационный ГЭ. Использовать ту же установку (рис. 10), но медный электрод заменить цинковым с 0,001М раствором сульфата цинка (последний приготовить из одномолярного последовательным трехкратным разбавлением в 10 раз). Какой электрод является катодом? Что можно сказать о величине отклонения стрелки гальванометра при замыкании внешней цепи по сравнению с опытом «а»? Объяснить результаты.

Рассчитать теоретическое значение э.д.с. составленного концентрационного ГЭ и сравнить с опытными данными. Почему возможны расхождения? Каково направление тока во внешней цепи и направление движения ионов в растворе при работе данного ГЭ? Как и почему меняется величина его э.д.с. в ходе работы?

3. Электролиз

а). Инертные электроды. Собрать установку (рис. 11), в которой электролизером служит V‑образная трубка (1), закрепленная на штативе (2) и заполненная на 1/2 объема раствором с ульфата натрия (с добавлением метилоранжа или лакмуса); а электроды (3) из инертного материала соединены с полюсами батарейки (4) и опущены в указанный раствор соли.

Пропустить через раствор электрический ток. Отметить и объяснить изменение окраски в обоих коленах электролизера.

б). Растворимый анод. Использовать ту же установку, что и в опыте 6, но анодом сделать медную пластинку и заполнить электролизер 0,3М сульфатом меди(II). Через 6 минут электролиза отметить цвет катода. Какой газ выделяется на аноде? Сделать катод анодом, поменяв полюса батарейки, и снова пропустить электрический ток. Что наблюдается? Почему?

в). Электролитическое фрезерование. С обрать установку по рис. 12. В чашку налить насыщенный раствор хлорида натрия, опустить в него кусочек алюминиевой фольги (1) и сделать металл анодом, присоединив к положительному полюсу батарейки (2). Катод (3), который представляет собой кусочек карандаша с небольшим углублением (4) в грифеле и выполняет функцию химического сверла, приложить к пластинке.

Образуется ли через несколько минут отверстие на месте контакта? Какой газ выделяется вокруг карандаша? Какой тип электрода используется в данном опыте в качестве анода?