Лабораторная работа «Электрохимические процессы»
электрические провода, раствор ZnSO4 ) 0,5 М; раствор CuSO4 0,5М.
Выполнение работы. Собрать медно-цинковый гальванический элемент (элемент Даниэля) в соответствии со схемой Zn/ZnSO4//CuSO4/Cu. Конструкция прибора схематично представлена на рис. 1 Для этого в стаканы налить растворы солей меди и цинка, поместить в них соответствующие электроды и соединить растворы электролитическим мостом. Подключить во внешнюю цепь вольтметр и наблюдать протекание электрического тока.
Запись данных опыта. Зарисовать прибор, составить схему гальванического элемента.
1. Определить стандартные потенциалы меди и цинка (табл. I), записать уравнения электродных процессов и суммарную реакцию.
2. Указать катод и анод, их заряды, направление движения электронов во внешней цепи и ионов в растворе.
3. Рассчитать э. д.с. стандартного медно-цинкового гальванического элемента.
Рис. 1. Схема медно-цинкового гальванического элемента
Опыт 2. Электрохимическая коррозия при образовании
гальванических пар
Реактивы и оборудование. Гранулированный цинк (х. ч.); медная проволока; железная пластина покрытая цинком; железный стержень покрытый оловом (луженый); раствор H2SO4 2,0 н; раствор гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] 0,5 М.
а) Взаимодействие цинка с серной кислотой
в отсутствие и присутствии меди
Выполнение работы. Внести в пробирку 1/4 ее объема раствора 2 н H2SO4 и 1 гранулу цинка. Отметить выделение водорода на поверхности цинка. Прикоснуться зачищенной медной проволокой к кусочку цинка в пробирке. Отметить изменение интенсивности выделения водорода. На каком металле он выделяется?
Запись данных опыта. Записать наблюдения за протеканием реакций.
1. Определить стандартные потенциалы меди и цинка (табл. I)
2. Указать катод и анод; их заряды; записать уравнения катодного и анодного процессов.
3. Составить схему электрохимической коррозии при контакте цинка и меди в растворе кислоты.
б) Коррозия оцинкованного и луженого железа
Выполнение работы. В две пробирки налить на 1/2 их объема дистиллированной воды. В каждую добавить по 2 – 3 капли 2 н серной кислоты и гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6]. Растворы перемешать.
В первую пробирку опустить пластину оцинкованного железа, во вторую – луженого. Отметить изменение окраски растворов.
Запись данных опыта. Записать наблюдения за протеканием реакций. Учесть, что гексацианоферрат является индикатором наличия в растворе либо ионов Zn2+, либо Fe2+.
, выпадает белый осадок;
, синее окрашивание раствора.
Сделать письменный вывод, какой из металлов окисляется при коррозии, и переходит в раствор.
1. Определить стандартные потенциалы железа, олова и цинка (табл. I)
2. Указать катод и анод; их заряды; записать уравнения катодного и анодного процессов для гальванических пар железо-цинк и железо-олово.
3. Составить схемы электрохимической коррозии при контакте цинка и железа, а также олова и железа в растворе кислоты.
Опыт 3. Электролиз растворов солей
Реактивы и оборудование. Электролизер (U-образная стеклянная трубка); источник постоянного тока; графитовые электроды, электрические провода, раствор ZnSO4 0,5 н; раствор CuSO4 0,5 н; раствор Na2SO4 0,5 н, раствор KI 0,1 н индикаторы лакмус и фенолфталеин.
Рис. 2. Схема лабораторного электролизера. 1 – пробки; 2 – графитовые электроды; 3 – электролит.
а) Электролиз водного раствора сульфата натрия
Выполнение работы. Собрать электролизер в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2. Заполнить электролизер раствором Na2SO4, подключить источник питания. Наблюдать изменения, происходящие на электродах и в растворах в обоих коленах электролизера.
б) Электролиз водного раствора иодида калия
Выполнение работы. Собрать электролизер в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2. Заполнить электролизер раствором КI, подключить источник питания. Наблюдать изменения, происходящие на электродах и в растворах в обоих коленах электролизера. После окончания опыта в каждое колено электролизера добавить по 2-3 капли крахмала и фенолфталеина.
в) Электролиз водного раствора сульфата меди
Выполнение работы. Собрать электролизер в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2. Заполнить электролизер раствором CuSO4, подключить источник питания. Наблюдать изменения, происходящие на электродах и в растворах в обоих коленах электролизера.
Запись данных опыта. Зарисовать прибор, записать результаты наблюдений за изменениями, происходящими на электродах и в растворах в обоих коленах электролизера.
1. Определить последовательность разряда ионов на катоде и аноде.
2. Записать катодные и анодные реакции. Определить продукты реакции, образующиеся на электродах.
3. Объяснить изменение окраски индикаторов в растворах у катода и анода.
Опыт 4. Изготовление и изучение работы свинцового аккумулятора
Реактивы и оборудование. Гальванометр или цифровой вольтметр; химический стакан на 50 см3; свинцовые электроды; источник постоянного тока; раствор H2SO4 4,0 М.
Выполнение работы. Собрать модель свинцового аккумулятора. Закрепить свинцовые электроды в пробке, поместить их в стакан, наполнить стакан на 1/2 объема серной кислотой. Зарядить аккумулятор, для чего подключить к свинцовым пластинам источник постоянного тока. Несколько минут пропускать электрический ток, затем отключить источник питания. Проверить работу заряженного аккумулятора, для чего подключить к электродам вольтметр, отметить наличие разности потенциалов.
Запись данных опыта. Зарисовать прибор, записать наблюдения за процессом зарядки и разрядки аккумулятора.
1. Записать анодную и катодную реакции, протекающие при зарядке аккумулятора. Указать заряды электродов.
2. Записать анодную и катодную реакции, протекающие при разрядке аккумулятора. Указать заряды электродов.
Приложение
Таблица I
Стандартные электродные потенциалы
Металл | Электродная реакция |
| Металл | Электродная реакция |
|
Li | Li+ + e «Li | – 3,04 | Cr | Cr3+ +3e « Cr | – 0,74 |
Rb | Rb+ + e «Rb | – 2,99 | Fe | Fe2+ +2e « Fe | – 0,44 |
Cs | Cs+ + e «Cs | – 2,93 | Cd | Cd2+ +2e « Cd | – 0,40 |
K | K+ + e «K | – 2,92 | In | In3+ +3e « In | – 0,34 |
Ba | Ba2+ + 2e «Ba | – 2,90 | Tl | Tl+ +e « Tl | – 0,33 |
Sr | Sr2+ + 2e «Sr | – 2,89 | Co | Co2+ +2e « Co | – 0,28 |
Ca | Ca2+ + 2e «Ca | – 2,87 | Ni | Ni2+ +2e « Ni | – 0,25 |
Na | Na+ + e «Na | – 2,71 | Sn | Sn2+ +2e « Sn | – 0,14 |
La | La3+ + 3e «La | – 2,52 | Pb | Pb2+ +2e « Pb | – 0,13 |
Mg | Mg2+ + 2e «Mg | – 2,36 | H | 2H+ +2e « H2 | 0,00 |
Th | Th4+ + 4e «Th | – 1,90 | Ge | Ge2+ +2e « Ge | + 0,01 |
Be | Be2+ + 2e «Be | – 1,85 | Cu | Cu2+ +2e « Cu | + 0,34 |
U | U3+ + 3e «U | – 1,79 | Ag | Ag+ +e « Ag | + 0,80 |
Al | Al3+ + 3e «Al | – 1,66 | Pd | Pd2+ +2e « Pd | + 0,83 |
Ti | Ti3+ + 3e «Ti | – 1,63 | Hg | Hg2+ +2e « Hg | + 0,85 |
Zr | Zr4+ + 4e «Zr | – 1,53 | Pt | Pt2+ +2e « Pt | + 1,20 |
Mn | Mn2+ + 2e «Mn | – 1,18 | Au | Au3+ +3e « Au | + 1,68 |
Zn | Zn2+ + 2e «Zn | – 0,76 | Pu | Pu3+ +3e « Pu | + 2,03 |
ВКонтрольные вопросы
1. Изобразить строение двойного электрического слоя на границе цинк – раствор сульфата цинка и медь – раствор сульфата меди.
2. Записать схему гальванического элемента для измерения стандартного электродного потенциала алюминия.
2. Определить стандартный электродный потенциал никелевого электрода и рассчитать его потенциал в растворе сульфата никеля с концентрацией 0,1М.
3. Составить схему гальванического элемента кадмий – олово, определить направление электродных процессов, заряды электродов, рассчитать э. д.с. стандартного элемента.
4. Составить схему электрохимической коррозии никелированного и хромированного железа в кислой и нейтральной средах. Скорость какого процесса больше?
5. Написать уравнения реакций катодного и анодного процессов при электролизе водных растворов хлорида никеля, нитрата кальция, гидроксида натрия, нитрата серебра.
