Опыт 5. Электролиз раствора сульфата меди
В электролизёр налить 0,5 М раствор сульфата меди (II). Опустить в оба колена электролизёра угольные электроды, присоединить их к источнику постоянного тока и пропускать ток в течение 5-10 мин. К раствору на анодном участке добавить раствор лакмуса. Отметить окраску раствора. Составить уравнения реакций, протекающих на электродах. Промыть электроды и электролизёр.
Опыт 6. Электролиз раствора сульфата натрия В электролизёр налить 0,5 М раствор сульфата натрия, прибавить в оба колена сосуда по 3-4 капли раствора лакмуса и пропускать ток в течение 5-10 минут. Как изменится окраска раствора на катодном и анодном участках? Какие газы выделяются на электродах? Написать уравнения электродных процессов.
Лабораторная работа: Гальванический элемент Цель работы: Определение ЭДС гальванических элементов и расчет работы, изменения свободной энергии Гиббса и константы равновесия реакций, протекающих в гальванических элементах. Реактивы и лабораторное оборудование: Милливольтметр. U – образный электролитический мостик, заполненный насыщенным раствором хлорида калия. Химические стаканы. Пробирки. Пластинки меди, цинка, железа (можно проволоку). Растворы: сульфата меди (1М), сульфата цинка (1 М; 0,1 М; 0,01 М), сульфата железа (II) (1 М), хлорида олова (II), (1 М), хлорида кадмия (1 М), нитрата серебра (1 М). Опыт 1. Сравнительная активность металлов В пробирки налить по 1 мл растворов солей цинка, железа (II), кадмия, олова (II), меди (II), свинца (II) и серебра (I). Поочередно опускать в растворы полоски цинка, очищенные железные и медные проволоки. Какие металлы может вытеснять цинк, железо, медь? Заполнить таблицу, поставив «+» под каждым металлом, который вытесняется из раствора его соли цинком, железом, медью.
Расположить испытуемые металлы по активности в ряд и сравнить их расположение с положением в ряду напряжений. Написать уравнения реакций. Для реакций взаимодействия железа с солями цинка (II) и меди (II) рассчитать DG и указать направленность процессов. Опыт 2. Измерение ЭДС гальванического элемента и определение ∆G в окислительно-восстановительной реакции В два стакана налить равные объемы 1 М растворов сульфата цинка и сульфата меди (II). Растворы соединить жидкостным мостиком, заполненным насыщенным раствором хлорида калия в смеси с агар-агаром. Пластинки меди и цинка опустить в растворы ZnSO4 и CuSO4 соответственно. Проволочки от меди и цинка присоединить к милливольтметру. Измерить ЭДС после установления стационарного значения напряжения по шкале прибора. Записать схему гальванического элемента, написать реакции, идущие на электродах, указать анод и катод. Указать направление перехода электронов во внешней цепи, а ионов - во внутренней. Рассчитать теоретическое значение ЭДС с учетом концентрации электролита и сравнить ее с измеренной. Рассчитать DG источника тока и сделать вывод о возможности его работы с термодинамической точки зрения. Опыт 3. Исследование зависимости ЭДС гальванического элемента от концентрации соли Работу проводят с медно-цинковым гальваническим элементом (см. опыт 2). В стакан налить 20 мл 1 М раствора сульфата меди, концентрация которого в ходе измерений не изменяется. В остальные стаканы налить растворы сульфата цинка в порядке возрастания концентрации (0,01, 0,1 и 1 М). В раствор сульфата меди опустить медный электрод, цинковый электрод опустить в раствор сульфата цинка наименьшей концентрации. Полуэлементы соединить солевым мостиком и измерить ЭДС гальванического элемента с помощью милливольтметра. Не отключая милливольтметр, перенести цинковый электрод в 0,1 М раствор сульфата цинка и снова измерить ЭДС, затем то же проделать с 1 М раствором ZnSO4. Результаты измерений и рассчитанные значения записать в таблицу по форме:
В какой мере концентрация ионов металла в растворе влияет на значение электродного потенциала металла и, следовательно, на ЭДС гальванического элемента? Лабораторная работа: Электролиз Цель работы: Ознакомление с процессами, протекающими на растворимых и нерастворимых электродах при электролизе водных растворов электролитов. Реактивы и лабораторное оборудование: Источник постоянного тока. Электролизеры. Электроды: угольные, медный, алюминиевый. Растворы: иодида калия (0,5 М), сульфата натрия (0,5 М), сульфата меди (2 М), серной кислоты (2 М). Индикатор: фенолфталеин Опыт 1. Электролиз растворов солей с нерастворимым анодом Опыт проводится в электролизере, представляющем собой U-образную стеклянную трубку с раствором электролита, в который погружено два электрода, один из которых подключен к положительному, другой – к отрицательному полюсам источника постоянного тока. А. Электролиз раствора сульфата натрия В электролизер налить 0,5 М раствор сульфата натрия. К раствору прибавить 1-2 капли фенолфталеина. Угольные электроды погрузить в электролизер, через выпрямитель соединить с электросетью и пропускать ток в течение 3-5 минут. Наблюдать изменение окраски раствора, а также выделение пузырьков газа на электродах. Написать уравнение электролиза. Б. Электролиз раствора иодида калия Опыт проводится аналогично предыдущему. Электроды угольные. В электролизер налить 0,5 М раствор иодида калия, прибавить 1-2 капли фенолфталеина. Пропускать ток в течение 3-5 минут. Наблюдать, что происходит на электродах. Ответить на вопрос: почему в растворе у катода обнаруживается щелочная реакция? Написать суммарное уравнение электролиза. Опыт 2. Электролиз растворов солей с растворимым анодом А. Электролиз раствора сульфата меди (II) В электролизер (U-образную трубку) налить 15-20 мл 2 М раствора сульфата меди (II) и подкислить 2 каплями 2 М раствора серной кислоты. Погрузить в раствор электроды (анод – небольшая медная полоска, катод – полоска алюминия). Электроды соединить через выпрямитель с электросетью. Наблюдать, что происходит с электродами. Написать схему электролиза. Лабораторная работа: Коррозия металлов. Методы защиты Цель работы: Изучение условий возникновения коррозионных микроэлементов, их моделей, а также влияние различных факторов на скорость электрохимической коррозии металлов. Ознакомление с наиболее важными методами защиты металлов от коррозии. Реактивы и лабораторное оборудование: Наждачная бумага. Химические стаканы. Пробирки. Стеклянная палочка. Цинк (гранулированный). Алюминий (гранулированный). Свинец (гранулированный). Медная проволока. Полоска оцинкованного железа. Полоска луженого железа. Стальная пластинка. Бихромат калия (кристаллический). Цинковая пыль. Растворы: серной кислоты (2 М), сульфата меди (II) (0,5 М), гексацианоферрата (III) калия (0,1 М), хлорида меди (II) (0,5 М), соляной кислоты (10%), гидроксида натрия (20%)
Опыт 1. Образование микрогальванопар В две пробирки налить по 10 капель 2 М раствора серной кислоты и внести примерно равные кусочки цинка. Наблюдать медленное выделение водорода в пробирках. В одну пробирку добавить 1-2 капли раствора сульфата меди. Обратить внимание: что происходит? Почему возросла скорость выделения водорода при добавлении раствора сульфата меди? Опыт 2. Коррозия при контакте различных металлов Стеклянную трубку, согнутую под углом, укрепить в штативе (см. рис. 1) и заполнить 0,01 н раствором серной кислоты. С противоположных сторон трубки вставить медную и цинковую проволочки, не допуская соприкосновения. Наблюдать выделение водорода на поверхности цинка. Ответить на вопрос: почему не Рис. 1. Схема опыта выделяется водород на поверхности меди? Привести медную проволоку в контакт с цинковой. При контакте водород начинает выделяться на меди. Ответить на вопрос: как влияет контакт с медью на коррозию цинка? Написать схему действия возникшей гальванопары. Опыт 3. Электрохимическая коррозия оцинкованного и луженого железа Две железные проволоки очистить наждачной бумагой. К одной из них прикрепить тонкую пластинку олова, к другой – цинка. Проволоки опустить в пробирки с водой, подкисленной несколькими каплями серной кислоты. В обе пробирки прилить по две капли гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] (при взаимодействии данной соли с ионами Fe2+ наблюдается образование синего осадка Fe3[Fe(CN)6]2). Указать, в какой пробирке синее окрашивание появляется раньше, и объяснить, чем это обусловлено. Составить схему коррозии оцинкованного и луженого железа. Опыт 4. Разрушение оксидной пленки Две гранулы алюминия опустить в пробирки с растворами солей хлорида меди (II) и сульфата меди (II). Наблюдать вытеснение меди в пробирке с раствором хлорида меди (II). Ответить на вопрос: какой газ выделяется? Написать уравнения происходящих процессов. Обратить внимание: хлорид-ионы быстро разрушают защитную пленку алюминия; сульфат-ионы производят подобное действие значительно медленнее и лишь при большой концентрации данных ионов в растворе. Опыт 5. Нанесение катодного покрытия на цинк В пробирку внести 30 капель 10%-ного раствора соляной кислоты и гранулу цинка. После начала выделения водорода опустить несколько кристаллов бихромата калия. Выделение водорода прекращается, а поверхность покрывается хромом. Написать уравнения реакций, происходящих при этом. Опыт 6. Нанесение анодного покрытия на медь В пробирку внести 6 капель 20%-ного раствора гидроксида натрия, микрошпатель цинковой пыли и медную проволоку, предварительно зачищенную. Содержимое пробирки кипятить 2-3 мин. Наблюдать покрытие меди цинком. Написать уравнения происходящих реакций.
Контрольные вопросы и упражнения
Объясните возникновение скачка потенциала на границе раздела «металл– электролит». Для чего служит гальванический элемент? Какой электрод называется катодом, какой анодом? Пользуясь таблицей, определите, будет ли металлический кобальт растворяться в растворе сульфата цинка ? Что такое электродный потенциал? На чём основан ряд напряжений? Что такое электролиз? Чем отличаются электрохимические процессы, протекающие в электролизёре и гальванических элементах? Написать уравнения электродных процессов электролиза разбавленных растворов: а) хлорида магния; б) сульфата меди; в) нитрата калия, протекающих на угольных электродах. Составить схемы электролиза водного раствора хлорида цинка, если: а) анод цинковый; б) анод угольный. Раствор содержит ионы Fe²⁺, Ag⁺, Bi³⁺, Pb²⁺ одинаковой концентрации. В какой последовательности эти ионы будут выделяться при электролизе, если напряжение достаточное для выделения любого металла? Составьте схему электролиза расплава хлорида калия и рассчитайте объём хлора, выделившегося в процессе, если было взято вещество массой 149 г. 277. Составьте схему электролиза раствора хлорида калия и вычислите объём водорода, выделившегося при нормальных условиях в случае, когда растворено вещество количеством 2 моль. 278. Вычислите массу газа, выделившегося у анода при электролизе раствора серной кислоты, проводившегося 5 мин при силе тока равной 2 А. 279. Вычислите объём газа, выделившийся при электролизе раствора сульфата меди (II), если при этом образовалось 16 г меди на катоде. 280. При пропускании постоянного тока силой 6,4 А в течение 30 мин через расплав хлорида трёхвалентного металла на катоде выделилось 1,07 г металла. Определите состав соли, подвергшийся электролизу. 281. Напишите схему электролиза расплава хлорида натрия. Сколько молей хлора получится на аноде, если подвергнуть электролизу 1 моль хлорида натрия? 282. Вычислите время, необходимое для выделения железа массой 2,8 г из раствора сульфата железа (II) силой тока в 10 А. 283. Раствор хлорида никеля (II), содержащий соль массой 130 г, подвергался электролизу силой тока 5 А в течение 5,36 ч. Вычислите массу соли, оставшейся в растворе после электролиза. 284. Вычислите массу серебра, выделившуюся при пропускании через раствор нитрата серебра тока в 8 А в течение 15 мин. 285. Следующие пары металлов, находящиеся в тесном контакте, погружены в раствор серной кислоты. Укажите пару, где цинк не будет разрушаться: Zn/Ag, Zn/Cu, Zn/Al, Zn/Fe. 286. Какой из предложенных металлов: 1) Рb, 2) Сu, 3) Ni, 4)Na, 5) Li первым осадится на катоде при электролизе раствора смеси солей: Pb(NO3)2, Cu(NO3)2, Ni(NO3)2, NaNO3, LiNO3? 287. Следующие пары металлов, находящиеся в тесном контакте, погружены в раствор серной кислоты. Укажите пару, где железо не будет разрушаться: Fe/Cu, Fe/Ag, Fe/Zn, Fe/Au. 288. Имеются пары металлов (Fe/Cu, Fe/Ag, Fe/Sn, Fe/Al), погружённые в раствор соляной кислоты. В каком случае не будет протекать коррозия железа? 289. Вычислите ЭДС и определите направление тока во внешней цепи данного гальванического элемента Fe | Fe2+ || Ag+| Ag, учитывая, что концентрация ионов Fe2+ и Ag+ соответственно равна 0,1 моль/л и 0,01 моль/л. 290. Определить ЭДС гальванического элемента Ag | AgNO3 (0,001 М) || AgNO3 (0,1 М) |Ag. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? 291. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погружённого в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погружённого в 0,02 М 292. Составьте схему гальванического элемента, составленного из железа и кадмия, опущенных в растворы их солей с концентрациями ионов [Fe 2+] = 1 моль/л, а ионов кадмия [Cd 2+] = 0,0001 моль/л. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, напишите уравнения катодного и анодного процессов. 293. Составьте схему, напишите уравнения анодного и катодного процессов и рассчитайте ЭДС гальванического элемента, в котором один медный электрод находится в 0,0025 М растворе, а другой в 2 М растворе сульфата меди. 294. Какие продукты получаются при электролизе: а) расплава КI с инертным анодом: б) водного раствора КI с инертным анодом: в) водного раствора КI с никелевым анодом? Напишите уравнения анодного и катодного процессов и суммарное уравнение электролиза. 295. Алюминий находится в контакте с хромом. Напишите уравнения анодного и катодного процессов коррозии во влажном воздухе. 296. Цинк покрыт свинцом. Напишите уравнения коррозии во влажном воздухе при нарушении покрытия. 297. Алюминий склепан с медью. Какой из металлов будет коррозировать в кислоте, содержащей растворенный кислород? Напишите уравнения анодного и катодного процессов. 298. Свинец спаян с серебром и находится во влажном воздухе, насыщенном сероводородом. Напишите уравнения коррозии. Каков будет продукт коррозии? 299. Две алюминиевые пластинки склепаны одна с медью, другая со свинцом. В каком случае коррозия идет быстрее? Почему? Составьте уравнения электродных процессов в кислой среде. 300. Какое покрытие - цинковое или медное надежней защитит кадмиевое изделие от коррозии? Почему? Напишите уравнения коррозии в кислой среде для обоих случаев.
Приложение
Номенклатура кислот
Кислоты можно разделить на бескислородные (HCl, HBr, HCN, H2S) и кислородсодержащие (HNO3, H2SO4, H3PO4). В названиях бескислородных кислот к наименованию элемента добавляют слово водородная. Например, HCl - хлороводородная, H2S - сероводородная. Названия кислородсодержащих кислот зависят от степени окисления кислотообразующего элемента. Максимальной степени окисления элемента соответствует суффикс –н или -ов (-ев) и окончание –ая. Например, HN+5O3 - азот-н-ая кислота, H2S+6O3 – серная кислота, HCl+7O4 - хлорная кислота, H3As+5O4 - мышьяковая кислота, H2Si+4O3 - кремниевая кислота. По мере понижения степени окисления центрального атома суффиксы изменяются в следующей последовательности: -оват-, -ист-, -оватист-. Например, HCl+5O3 - хлорн-оват-ая, HCl+3O2 - хлористая, HCl+1O - хлорноватистая кислоты. Если элемент образует кислоты только в двух степенях окисления, то для названия кислоты, соответствующей низшей степени окисления элемента, используется суффикс –ист; например HN+3O2 – азотистая кислота. Если элемент, находясь в одной и той же степени окисления, образует несколько кислот, содержащих по одному атому данного элемента в молекуле (например, HPO3 и H3PO4), то название кислоты, содержащей наименьшее число атомов кислорода, снабжается приставкой мета-, а название кислоты с наибольшим числом атомов кислорода - приставкой орто- (HPO3 - метафосфорная кислота, H3PO4 - ортофосфорная кислота). Если молекула кислоты содержит два атома кислотообразующего элемента, то перед её названием помещается числительная приставка дву- или ди-, например: H4P2O7 - двуфосфорная кислота, H2S2O7 – двусерная кислота.
Названия некоторых кислот и их солей
Приложение Номенклатура солей
По современной номенклатуре название соли образуется из названия аниона (кислотного остатка) и названия катиона (металла или остатка основания) с указанием его степени окисления, если она непостоянна. Например, CaCO3 - карбонат кальция; MgCl2 - хлорид магния; Cr2(SO4)3 - сульфат хрома(III). Названия кислых солей образуются добавлением к названию аниона приставки гидро-, указывающей на наличие атомов водорода в кислотном остатке, а при необходимости, если атомов водорода два и более, с соответствующими числительными (ди-, три-, тетра- и т.д.): NaHSO3 - гидросульфит натрия; Ca(H2PO4)2 - дигидрофосфат кальция. Наличие гидроксид-ионов в составе основной соли обозначается приставкой гидроксо- перед названием катиона: (CuOH)2CO3 - гидроксокарбонат меди; Al(OH)2Cl - дигидроксохлорид алюминия.
Названия некоторых средних, кислых и основных солей
Электрохимический ряд напряжений металлов
Li Rb К Ва Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au
Анионы по способности окисляться располагаются в следующем порядке: I-; Br-; S2-; Сl-; OH-; SO42-; NO3-; CO32-; РО43-; F- восстановительная активность уменьшается
Электродные процессы в водных растворах при электролизе солей:
Например, в процессе электролиза NaCl в водном растворе в электролитической ванне накапливается NaOH, а у электродов выделяются H₂ и Cl₂. Суммарное уравнение электролиза 2 NaCl + 2 H₂O = H₂ + Cl₂ + NaOH.
Коэффициенты активности ¦ ионов при ионных силах раствора
Приложение 2 Термодинамическая константа растворимости (произведение растворимости) труднорастворимых в воде электролитов при 25 0С
Константы диссоциации некоторых слабых электролитов (при 25 0С)
Взаимодействие серной и азотной кислот с некоторыми металлами
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2449)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |