Основы химии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
ссмотрении катодных процессов на практике следует сравнивать не стандартные значения потенциалов, a E(Ox / Red), вычисленные по уравнению Нернста при данных условиях.
Анодное окисление
При рассмотрении анодных процессов следует иметь в виду, что материал анода в ходе электролиза может окисляться. В связи с этим различают электролиз с инертным анодом и электролиз с активным анодом. Инертным называется анод, материал которого не окисляется в ходе электролиза. Такие аноды изготавливают из материалов с высоким значением электродного потенциала (чаще всего это графит, уголь, платина). Активным называется анод, материал которого окисляется в ходе электролиза (металлические аноды). В случае электролиза с активным анодом всегда происходит окисление материала анода по схеме
Me - ne Men+
Этот процесс называется анодным растворением металла. На инертном аноде при электролизе водных растворов электролитов могут конкурировать процессы:
а) окисление воды по схемам
2H2O + 4e O2 + 4H+, при рН < или = 7;
Е (О2+4Н+/2Н2О) = 1,23 В;
ОН- - 4е О2 + 2Н2О, при рН > 7;
Еo (О2+2Н2О/4ОН-) = 0,40 В;
б) окисление других ионов, находящихся в растворе (чаще всего анионы кислотных остатков) по схеме
Red - nе Ох.
Процесс образования газообразного кислорода на инертном электроде в нейтральных и кислых растворах связан с определенными кинетическими трудностями. Это приводит к возрастанию окислительно-восстановительного потенциала выделения О2. Превышение потенциала разложения частицы над стандартным потенциалом называется перенапряжением DЕ (в данном случае кислородное перенапряжение DЕ). Величина DЕ зависит от материала электрода. Так для графитового анода с учетом перенапряжения Еo (О2 + 4Н+/2Н2О) = 1,52 В, а для гладкого платинового - 1.68 В.
В зависимости от значений стандартных потенциалов различных анионов возможны следующие процессы на инертном аноде:
1)если в растворе содержатся анионы кислородсодержащих кислот (SО42-, CО32-, NО3-, РО43-, ClО4-), а также ионы F , то происходит окисление воды по схеме (а), т.к. их потенциалы больше, чем 1.68 В;
2)если в растворе находятся анионы, не содержащие кислород, такие как Сl-, Вr-, J-, S2- и т.д., то вместо Н2О окисляются данные ионы по схеме (б), т.к. их потенциалы меньше, чем 1,52 В.
Например, в водном растворе KCI на графитовом электроде будет выделяться газообразный хлор по реакции 2Сl- - 2е Сl2, так как E = 1.36 < 1.52 В.
3. Экспериментальная часть
Приборы и реактивы: секундомер; термометр; барометр; прибор для электролиза воды; сосуд для электролиза; электроды: графитовые, медные, цинковый, железный; JIATP; источник постоянного тока; наждачная бумага; фильтровальная бумага; весы ВЛА; электролиты: № 1 - состав: CuSO45Н2О - 250 г/л, H2SO4 - 50 г/л, С2Н5ОН - 50 г/л; № 2 - 1 М раствор KJ; № 3 - 0,5 М раствор Na2SO4; № 4 - 3 М раствор NaOH; № 5 - состав: ZnSO47Н2О - 215 г/л, Al2(SO4)318H2O - 30 г/л, Na2SO410Н2О - 50 г/л. декстрин - 10 г/л.
Порядок выполнения работы
Опыт 1. Определение электрохимического эквивалента меди
В сосуд для электролиза на 3/4 объема налить электролит № 1.
Перед началом опыта катод (более тонкий электрод) очистить наждачной бумагой, промыть дистиллированной водой и хлороформом, быстро высушить на воздухе и взвесить на аналитических весах с точностью до четвертого знака после запятой. Закрепить оба медных электрода в крышке стакана. Подключить электроды к полюсам источника тока так, чтобы толстый электрод был анодом. Плотность тока не должна превышать 20 мА/см2. В противном случае осаждается черный, плохо держащийся на электроде порошок меди. Получить у преподавателя указания на время электролиза и силу тока (0.5 - 1.0 А), провести эксперимент. По истечении заданного времени установку отключить, катод промыть дистиллированной водой и хлороформом, высушить и взвесить. Опыт повторить при тех же условиях. Записать уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде. Рассчитать прирост массы катода по формуле: m = mкон - mнач. Опытную величину электрохимического эквивалента найти по формуле:
г/Кл.
Т
еоретическую величину электрохимического эквивалента меди рассчитать по формуле:
Вычислить относительную погрешность опыта:
Экспериментальные и расчетные данные внести в таблицу 3.
Таблица 3 Экспериментальные и расчетные данные
№ ОпытаСила тока J, АВремя электролиза t, сМасса катода, гПрирост массы катода, гЭлектрохимический эквивалентП, %до опыта mначпосле опыта mконmопытmтеор
Опыт 2. Электролиз водного раствора йодида калия
Налить в U-образную трубку (1) (рис. 3) электролит № 2, к которому добавить по 3 - 4 капли раствора крахмала и фенолфталеина. В раствор погрузить графитовые электроды (2) и провести электролиз в течение 7-10 минут. Наблюдать выделение пузырьков газа и изменение окраски растворов у электродов. Установить, какие продукты выделяются при электролизе данного раствора, записать уравнения реакций. Промыть электроды, погрузив катод в 5-процентный раствор HCl, а анод в 5-процентный раствор NaHSO3 на 3-5 мин, а затем промыть их водой. Также промыть водой и трубку.
Рис. 3. Прибор для проведения электролиза
Опыт 3. Электролиз водного раствора сульфата натрия
U-Образную Трубку (1) (рис. 3) заполнить электролитом № 3, прибавив несколько капель раствора метилового оранжевого, опустить в нее графитовые электроды (2) и пропускать электрический ток в течение 7 минут. Наблюдать выд?/p>