Теоретичні відомості. Мета роботи: дослідним шляхом ознайомитись із явищем електролізу водних розчинів солей; визначити умови його перебігу; дослідити основні закономірності явища;

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

ДОСЛІДЖЕННЯ ЯВИЩА ЕЛЕКТРОЛІЗУ ВОДНИХ РОЗЧИНІВ СОЛЕЙ

Мета роботи: дослідним шляхом ознайомитись із явищем електролізу водних розчинів солей; визначити умови його перебігу; дослідити основні закономірності явища; перевірити справедливість закону Фарадея для електролізу; визначити масу міді, що виділилася на електроді.

Прилади і матеріали: 1) лабораторні терези з важками; 2) джерело струму (4-12 В); 3) з’єднувальні провідники, амперметр, реостат, вимикач; 4) дистильована вода; 5) сіль CuSO₄; 6) електролітична ванна; 7) графітові електроди; 8) секундомір; 9) електрична плитка.

Рідини, як і тверді тіла, можуть бути діелектриками, провідниками і напівпровідниками. Діелектриком є також дистильована вода. До провідників належать розплави і розчини електролітів: кислот, лугів і солей. Рідкими напівпровідниками є розплавлений селен, розплави сульфідів та ін.

Під час розчинення електролітів під впливом електричного поля полярних молекул води відбувається розпад молекул електролітів на іони. Цей процес називають електролітичною дисоціацією, в результаті якої нейтральні молекули розпадаються на позитивні та негативні іони.

В електроліті з'являються вільні носії зарядів і він починає проводити струм. Оскільки заряд у водних розчинах чи розплавах електролітів переноситься іонами, то таку провідність називають іонною. За іонної провідності проходження струму пов'язано із перенесенням речовини. На електродах відбувається виділення речовин, які входять до складу електроліту. На аноді негативно заряджені частинки віддають свої зайві електрони (окислювальна реакція), а на катоді позитивні іони отримують електрони (реакція відновлення). Процес виділення на електроді речовини, пов'язаний із окислювально-відновлювальними реакціями, називають електролізом.

Розглянемо явище електролізу на прикладі мідного купоросу. В результаті електролітичної дисоціації CuSO₄ = Cu^{2 +} + SO₄^{2 +}. Позитивно заряджені іони міді під дією електричного струму будуть переміщуватися до катода, де отримають електрони і виділяться на ньому у вигляді нейтральних атомів міді. Негативно заряджені іони під дією електричного поля перемістяться до анода, де віддадуть вільні електрони і також виділяться на ньому.

Нехай за час t через електроліт буде перенесено заряд. Кількість іонів, які досягли електрода, дорівнюватиме:

де q ₀ = Ze - заряд іона; Z - валентність іона; e - елементарний заряд.

Кількість іонів N дорівнює кількості атомів речовини, що виділиться на електроді, а маса виділеної речовини:

де m ₀ - маса одного атома, μ - молярна маса речовини.

Для кожного хімічного елемента можна у виразі виділити сталу величину k, яку називають електрохімічним еквівалентом речовини:

У СІ електрохімічний еквівалент вимірюють у кілограмах на кулон:

Маса речовини, яка виділяється на катоді за час t, пропорційна силі струму і часу. Це твердження, встановлене експериментально Фарадеєм (1831 р.), має назву першого закону Фарадея для електролізу.

Електрохімічний еквівалент речовини визначено для всіх хімічних елементів. Він є табличною величиною, але його не важко розрахувати:

де

- хімічний еквівалент речовини. Добуток числа Авогадро на заряд електрона називають сталою Фарадея:

F = N_A∙e = 6, 02·10²³ 1/моль∙ 1, 6·10^-19 Кл = 96500 Кл/моль.

Стала Фарадея дорівнює заряду, під час перенесення якого одновалентними іонами через розчин або розплав електроліту виділяється 1 моль речовини.

Дана формула виражає другий закон Фарадея для електролізу: електрохімічні еквіваленти різних речовин прямо пропорційні їх хімічним еквівалентам. Якщо у вираз (1) підставити співвідношення (2), то отримаємо об'єднаний закон Фарадея для електролізу:

Явище електролізу має широке застосування в електрометалургії (добування чистих металів); у гальваностегії (нанесення металевих покриттів для запобігання корозії металів); у гальванопластиці (виготовлення копій з матриць) тощо. Будову хімічних джерел струму (гальванічних елементів та акумуляторів) також засновано на процесах взаємодії металів з електролітами.

1. Виберіть один із двох електродів і позначте його, наприклад, шматочком пластиліну. Це буде ваш катод.

2. За допомогою терезів визначте його масу якомога точніше.

3. Зберіть коло за схемою, послідовно з'єднавши всі прилади між собою. Пам'ятайте, що катод треба з'єднувати з негативним полюсом джерела струму.

4. Замкніть коло та одночасно ввімкніть секундомір.

5. Спостерігайте процес електролізу протягом 20 хвилин; при цьому слідкуйте за показаннями амперметра та регулюйте силу струму за допомогою реостата так, щоб її значення було постійним впродовж усього досліду.

6. По закінченні процесу вимкніть струм і вийміть катод із розчину, одночасно вимкніть секундомір і запишіть його показання до таблиці.

7. Обережно покладіть катод на серветку і дайте трохи підсохнути.

8. Спостерігайте появу на катоді шару міді, який має червоний відтінок.
9. За допомогою терезів визначте масу катода після електролізу.
10.Знайдіть у підручнику або довіднику табличне значення електрохімічного еквіваленту міді (або іншого металу, сіль якого входить до складу електроліту).
11.Запишіть отримані дані у таблицю.

12.Визначте масу міді за заковом Фарадея для електролізу m = kІt
13.Порівняйте значення маси, отримані за результатами обчислень та результатами досліду.
14.Зробіть висновки щодо закономірностей перебігу процесу електролізу та справедливості закону Фарадея для обчислення маси речовини, яка виділилася на катоді.

1. Чи всі рідини проводять електричний струм? Наведіть приклади.

2. Сформулюйте закон Фарадея для електролізу.

3. Запишіть хімічні реакції, які описують явище електролізу. Зокрема процеси, які відбуваються на електродах.

4. Що таке електроліз? Чому він відбувається?

5. Наведіть приклади застосування електролізу в промисловості та техніці.

4. Яка маса нікелю виділиться на катоді електролітичної ванни протягом 40 хвилин при силі струму в ній 15 А?