Химический практикум (стр. 16 )

3.4.  Электролиз с pаствоpимым анодом.

Поменять полюса при электролизе в предыдущем опыте, т. е. пpисоеденить электрод с отложившейся в предыдущем опыте медью к положительному полюсу и пропускать электрический ток. Наблюдать pаствоpение меди с анода.

Составить схему электролиза водного pаствоpа сульфата меди пpи медном аноде (растворимом).

Сделать вывод об особенностях катодных и анодных процессов при электролизе водных растворов используемых солей.

Практическое применение электролиза разнообразно. В следующем опыте можно ознакомиться с получением Защитных металлических покрытий.

3.5.  Получение гальванических покрытий

Рис.2 Схема установки для нанесения гальванопокрытия

1-гальваническая ванна /электpолизеp/; 2-катоды; 3 - аноды; 4 - ползунковый реостат; 5-источник постоянного тока; 6-контактный ключ; 7-ампеpметp /миллиампеpметp/; 8-вольтметp.

1.  Получить задание у преподавателя и приступить к выполнению опыта, выбрать соответствующий электролит и режим работы.

Составы электpолитов и pежимы pаботы гальванических ванн следующие:

Цинкование Меднение Никелирование

ZnSO4∙ 7H2O - 215г/л CuSO4∙5H2O -250г/л NiSO4∙7H2O -220г/л

Al2(SO4)3 ∙18H2O -30г/л H2SO4 -75г/л Na2SO4∙10H2O -30г/л

Na2SO4∙10H2O-50-100г/л C2H5OH -8-10г/л H3BO3 -5 г/л

Декстpин - 10г/л NaCl -10 г/л

pН = 3,8-4,4 pН = 1,2-1,5 pН = 5,0-5,2

Дк = 1-1,5 А/дм2 Дк = 1-1,5 А/дм2 Дк = 1 А/дм2

t °С - комнатная t °С – комнатная t °С - комнатная

Аноды – Zn Аноды - Cu Аноды-Ni

2.  Измерить площадь образца с двух сторон и вычислить силу тока I, по заданной плотности тока Дк. Необходимо учитывать только ту часть поверхности образца, которая будет погружена в электролит.

Формула для расчета силы тока:

I = Дк ∙ S

3. Обезжирить образец натронной известью (или содой). Стальные образцы пpедваpительно зачистить наждачной бумагой. Пpо­мыть проточной водой. (Трогать пальцами обезжиренные образцы нельзя). Высушить образец фильтровальной бумагой.

4. Провести легкое травление (декапирование) образца в кислоте (стальные – в разбавленной H2SO4, медные в разбавленной HNO3) в течение 1-2 минут и промыть проточной, а затем дистиллированной водой.

5. Погрузить образец в электpолизеp, подключить электpоды и установить с помощью реостата необходимую силу тока и pегулиpо­вать ее в течение всего процесса. Электролиз вести 5–10 минут.

6. Отключить напряжение, вынуть образец, промыть водой, обсушить фильтровальной бумагой и затем минуты две на воздухе.

7. Отметить качество полученного покрытия. Составить схе­му электролиза и рассчитать толщину покрытия, используя плотность соответствующего металла

ρZn = 7,14 г/см3

ρCu = 8,92 г/см3

ρNi = 8,90г/см3 .

4.  Задачи для самопроверки

1.  Составьте схемы электролиза вводных растворов солей А и В с нерастворимым анодами. Рассчитайте электрохимические эквиваленты к веществ, выделяющихся на катоде.

Вариант	Растворы электролитов и ответ по расчету к
А	к, г/кл	В	к, г/кл
1	BaCl2	1,04·10-5	Pb(NO3)2	1,07·10-3
2	K2CO3	1,04·10-5	Na2S	1,04·10-5
3	Al(NO3)3	1,04·10-5	NiCl2	3,06·10-4
4	ZnSO4	3,36·10-4	CuCl2	3,32·10-4
5	Ni(NO3)2	3,06·10-4	K2SO4	1,04·10-5
6	AgNO3	1,12·10-3	MgI2	1,04·10-5
7	Mg(NO3)2	1,04·10-5	CdCl2	5,80·10-4
8	NaCl	1,04·10-5	CuSO4	3,32·10-4
9	FeCl3	1,93·10-4	AgSO4	1,12·10-3
10	Cr(NO3)3	1,79·10-4	SnCl2	6,16·10-4
11	NaI	1,04·10-5	Ba(CN)2	1,04·10-5
12	CaCl2	1,04·10-5	Sb(NO3)3	4,21·10-4
13	Zi2S	1,04·10-5	Bi(NO3)3	7,22·10-4
14	NaNO3	1,04·10-5	CdCl2	5,80·10-4
15	Mn(NO3)2	2,85·10-4	KI	1,04·10-5

2.  Электрический ток пропускался через последовательно соединенные электролизеры с растворами CuSO4 и Pb(NO3)2. Какое количество свинца выделится на катоде, если масса осажденной меди равна 0,1524 г? Составьте схемы электролиза указанных солей с нерастворимым и растворимым анодом.

Ответ: 0,4929 г.

3.  Через раствор соли кадмия в течении 15 минут проходит ток силой в 1А и при этом выделяется 0,524 г металлического кадмия. Определите молярную массу эквивалента кадмия. Составьте схему электролиза сульфата кадмия с кадмиевым анодом.

Ответ: 56,18 г/моль.

4.  При электролизе раствора Cr(NO3)3 за 10 минут на катоде выделилось 0,26 г хрома. Определите силу тока. Составьте схему электролиза этой соли с нерастворимым анодом.

Ответ: 2,4 А.

5.  Вычислите силу тока, зная, что при электролизе раствора КОН в течении 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г кислорода. Какое вещество и в каком количестве выделяется на катоде? Составьте схему электролиза.

Ответ: 17 А; m (H2) = 0,8 г.

6.  Сколько граммов H2SO4 образуется возле анода при электролизе раствора Na2SO4, если на аноде выделяется 1,12 л кислорода, измеренного при н. у.? Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде. Составьте схему электролиза.

Ответ: m (H2SO4) = 9,8 г, m (H2) = 0,2 г.

7.  Сколько ампер-часов теоретически необходимо для электрохимической очистки (рафинирования) 1 тонны черновой меди, содержащей 4% посторонних примесей? В чем заключается физический смысл электрохимического эквивалента и числа Фарадея?

Ответ: 804·103 А· ч

8.  Электрохимическим путем восстанавливают катион Au3+. Сколько электронов потребуется для восстановления 1 моля и 1 моля эквивалентов золота. Сколько это составит фарадеев?

9.  Через раствор хлорида железа (II) FeCl2 пропускали ток силой 2А в течение 10 минут, а через раствор хлорида железа (III) FeCl3- ток силой 5А в течение 6 мин. В каком из растворов выделилось больше железа? Ответ мотивируйте. Составьте схемы электролиза.

Ответ: m (Fe) = 0,348 г в каждом растворе.

10.  Сколько Кулонов электричества надо пропустить через раствор серебряной соли, чтобы выделить из раствора 1 г серебра? Что показывает электрохимический эквивалент?

Ответ: 893,5 Кл.

11.  При электролизе соли некоторого металла за 2 ч 24 мин 45 с при силе тока 8 А на катоде выкристаллизировалось 6,48 г этого металла. Вычислить эквивалентную массу металла.

Ответ: 9 г/моль.

12.  Чему равна сила тока, если при электролизе раствора NaCl в течении 30 минут на катоде выделилось 8,4 л водорода, измеренного при н. у. Вычислите массу вещества, выделяющегося на аноде. Составьте схему электролиза.

Ответ: 40,2 А; m (Cl2) = 26,62 г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

Действие кислот и щелочей на металлы

1.Цель работы: Ознакомиться с действием кислот и щелочей на металлы. Выяснить влияние природы и концентрации кислоты на характер продуктов при взаимодействии с металлами различной активности.

2.Основы теории.

В основном состоянии все металлы являются восстановителями. О восстановительной способности металла можно судить по его положению в периодической системе элементов и в ряду напряжений металлов. Чем левее в периоде и ниже в группе (подгруппе А) стоит элемент, чем меньше величина электродного потенциала металла, тем сильнее проявляются его восстановительные свойства.

Действие щелочей на металлы

Некоторые металлы (амфотерные) неустойчивы к действию щелочей. Такими свойствами обладают такие металлы как Be, Zn, Al, Sn, Pb, Cr. При взаимодействии амфотерных металлов со щелочами образуются соли очень слабых кислот и выделяется водород. Роль щелочи заключается в растворении защитных амфотерных пленок оксида или гидроксида на поверхности металла. Окислителем является вода. Процесс взаимодействия металла со щелочью сложный и протекает в несколько стадий. Рассмотрим взаимодействие бериллия с концентрированным раствором КОН.

1.Растворение защитной оксидной пленки:

BeO + 2KOH + Н2О = K2 [Be(OН)4]

тетрагидроксобериллат калия

2.Взаимодействие металла с водой:

Be + 2H2O = Be(OH)2 + H2

3.Растворение амфотерного гидроксида Be(OH)2:

Be(OH)2 +2KOH = K2 [Be(OН)4]

Суммируя стадии 2 и 3, получаем общее уравнение реакции взаимодействия амфотерного металла со щелочью:

Be+ 2KOH +2 Н2О = K2 [Be(OН)4] + Н2

тетрагидроксобериллат калия

1 Ве – 2е = Ве2+ – окисление

1 2Н++2е = Н2 – восстановление

Аналогично протекает взаимодействие хрома с концентрированным раствором щелочи NaOH.

1.  Растворение оксидной пленки

Cr2O3 + 6NaOH + 6Н2О = 2Na3[Cr(OH)6]

2.  Взаимодействие металла с водой

2Cr+6H2O = 2Cr(OH)3↓ + 3H2↑

2 Сr – 3е = Cr3+ – окисление

3 2Н++2е = Н2 – восстановление

3.  Растворение амфотерного гидроксида Сr(ОН)3 в щелочи

Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6]

После сложения 2и 3 стадий получаем общее уравнение:

2Сr+ 6NaOH +6H2O = 2Na3[Cr(OH)6] + 3H2↑