Лабораторные работы по физической химии. Часть 2 (стр. 6 )

Электролиз ведут 5 часов, после чего ток выключают, взвешивают катоды из электролизера и катод медного кулонометра и последний раз производят анализ электролита.

Анализ цинка титрование желтой кровяной солью в солянокислом растворе

Способ основан на следующих реакциях:

3ZnCl2 +2K4Fe(CN)6=K2Zn3[Fe(CN6]2+6KCl,

3Zn SO4+ 2K4Fe(CN)6= K2Zn3[Fe(CN6]2+3K2SO4.

Определение титра желтой кровяной соли производится следующим образом.

К 25 мл титрованного раствора ZnCl2  прибавляют 5 мл HCl (плотность 1,19) и 200 мл Н2O. Из бюретки  при постоянном перемешивании приливают по 1-2 мл, раствора желтой кровяной соли, причем выделяется белый осадок K2Zn3[Fe(CN6]2. Когда капля жидкости, взятая из колбы, даст с каплей индикатора на фарфоровой пластинке непроходящее бурое  пятно, приступают к обратному титрованию раствором цинка (титрованным), прибавляя его по 1-2 мл, пока не исчезнет реакция окрашивания индикатора. Затем снова титруют желтой кровяной солью осторожно, по каплям,  каждый раз определяя окончание реакции капельной пробой. Бурое окрашивание азотнокислого урана может появляться не сразу,- поэтому следует установить какой-либо срок (например 30 сек.) для наблюдения этой окраски.

Анализ раствора сульфата цинка.

Раствор сульфата цинка подщелачивают аммиаком (индикатор метилоранж), прибавляют около 10 мл 10 %-ного раствора хлористого аммония и 5 мл соляной кислоты (плотность 1,19), разбавляют 200 мл воды и титруют  раствором желтой кровяной соли. Конец реакции узнают по капельной пробе (как указано выше).

Таблица экспериментальных данных

№ электролизера	Плотность токаа/м2	№ проб	Время после начала электролиза, часы	Кол-во меди, выделившейся в кулонометре, г	Количество пропущенного электричества, а-ч	Теоретический выход цинка, г	100 мл электролита содержат цинка, г	Фактический выход цинка, г	Содержание кислоты в электролите, %	Среднее содержание кислоты в электролите, %	Выход по току, %	Напряжение на ванне( среднее), в	Расход энергии на 1 кг выделившегося цинка, кВт-ч
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

Требования, предъявляемые к отчету

Отчет по работе должен содержать: краткие сведения по теории процесса электролиза растворов сернокислого цинк с нерастворимым анодом;  схему установки с кратким описание проделанной работы;  экспериментальные данные в виде приведенной выше таблицы;  кривые, характеризующие изменения выхода по току в зависимости от концентрации цинка в электролите; кривые, характеризующие изменения выхода по току в зависимости от кислотности электролита; кривые, показывающие зависимость расхода энергии в кВт-ч на 1 кг цинка от кислотности электролита; кривую зависимости расхода энергии от плотности тока; критическое рассмотрение полученных экспериментальных данных и выводы.

Контрольные вопросы:

Что такое электролиз? Какие процессы включает в себя электролиз? Законы электролиза. Какие процессы протекают на катоде и аноде? Какова последовательность рязрядки ионов на катоде и аноде? Электродная поляризация. В чем различие процессов электролиза с растворимым и нерастворимым анодом? Какие процессы протекают при электролизе водного раствора сульфата меди: а) на угольных электродах; б) с медным анодом? Какие металлы можно получить электролизом водных растворов их солей? Какие металлы нельзя получить таким способом? Электролизом каких соединений, и при каких условиях можно получить металлы: К, Са, Al?

Лабораторная работа № 11

Электролитическая переработка латуни

Цель работы:

Провести электролитическое рафинирование латуни с целью получения чистого осадка меди. Научиться проводить необходимые расчеты по материальному балансу процесса и проверить их экспериментальным путем. Установить основные технические коэффициенты, характеризующие электролиз.

Оборудование и реактивы:

Оборудование: Сосуды аккумуляторного типа для электролиза - 2шт; аноды латунные – 4 шт; катоды медные -2 шт; амперметр на 5 А; вольтметр на 3 В; реостат; кулонометр медный; установка для электроанализа с платиновыми электродами; водоструйный насос (для перемешивания электролита); провода для схемы; разновес аналитический.

Растворы, реактивы, материалы: Электролит: раствор CuSO4Ч5H2O 100 г/л и H2SO4 100 г/л; электролит для медного кулонометра; индикатор; медный купорос кристаллический. Титрованные растворы: Титрованный раствор цинка; титрованный раствор желтой кровяной соли.

Краткие теоретические сведения:

Латунь представляет собой сплав меди и цинка, содержащий обычно 30-33% последнего используя значительную разность между нормальными потенциалами меди (+0,34 В) и цинка (- 0,76 В), можно получать удовлетворительные катодные осадки меди из раствором медных солей, загрязненных большими количествами цинка. Это позволяет электролитически рафинировать латунь и, использую латунные аноды, получать на катоде осадок чистой электролитической меди.

В качестве исходного электролита чаще всего берут раствор медного купороса подкисленного серной кислотой. В ходе электролиза состав изменяется, так как в нем накапливается сернокислый цинк, а концентрация сернокислой меди падает. Если электролиз идет длительное время, концентрацию меди в растворе поддерживается искусственным добавлением медного купороса. Если вести электролиз без корректировки состава раствора, то через некоторое время катодный процесс нарушается и вместо плотного осадка начинается выделение рыхлого медного порошка.

Экспериментальная часть:

Работа выполняется в двух вариантов:

с систематическим пополнением убыли меди в растворе; без корректировки раствора.

Электролиз ведется одновременно с двумя электролизерами последовательно включенными в общую схему с кулонометром, реостатом и амперметром. Емкость каждого из них около 350 мл.

В электролизерах установлены по два латунных анода и по одному тонкому медному катоду между ними.  Во избежание сдвигания электродов на бортах электролизеров положены деревянные парафинированные колодочки с пропиленными пазами, в которые и вставляются плечики анодов и катода.

Перед загрузкой электроды, а также катод кулонометра, тщательно очищают, высушивают и взвешивают. После установки электродов в электролизеры заливают электролит, включают ток и еще раз при помощи вольтметра проверяют правильное направление тока в кулонометре и электролизерах, а также отсутствие коротких замыканий между электродами. Сила тока в цепи устанавливается по указанной преподавателем плотности тока (обычно в пределах 1,0 - 2,5 А/дм2). Сразу же после включения  тока пускают по стеклянным трубкам, вставленным до дна электролизеров, слабую струю воздуха для перемешивания.

В начале электролиза отмечают время и замеряют переносным вольтметром напряжение на каждом электролизере.  Замеры напряжения в дальнейшем следует  производить через каждые 20 мин, обращая при это внимание на правильность силы тока в цепи. В один из электролизеров через каждые 1,2 часа добавляют тонко измельченный медный купорос в соответствии с пропущенным  количеством электричества. После растворения  добавленного купороса  пипеткой на 2 мл берут пробу для анализа. Одновременно берут пробу и из второго электролизера. Через 2,5 часа после начала электролиза выключают ток и извлекают катоды кулонометра и электролизеров, промывают их, высушивают и взвешивают. Затем катоды вновь устанавливают в электролизеры, и электролиз продолжается до конца. Длится он 5 часов.

По окончании электролиза вновь взвешивают катоды, а также латунные аноды, и берут последние пробы электролита для анализа. В случае образования спадающего на дно губчатого осадка меди, что можно ожидать в электролизере, работавшем без корректировки, осадок отделяют фильтрованием электролита и после промывки и высушивания также взвешивают.

Анализ растворов производится следующим образом: медь определяется электрически, цинк после удаления меди – титрованием желтой кровяной солью по методике, описанной к работе 10.

Требования, предъявляемые к отчету.

Отчет по работе должен содержать: краткие сведения по теории рафинировки металлов и поведению сплавов  при поляризации; схему установки и краткое описание работы; теоретический  расчет корректировки электролита; расчеты катодных и анодных выходов по току и расход энергии на 1 кг рафинированной меди; кривые, характеризующие изменение состава растворов в каждом электролизере.

Студент должен дать объяснение и оценку полученных результатов с теоретической точки зрения.

Контрольные вопросы:

Электролиз. Основные понятия. Сущность процесса электролитической переработки латуни. Катодный и анодный процесс в растворах. Неравновесные электрохимические процессы. Роль диффузии в электрохимических процессах. Электролитическое восстановление водных растворов. Зависимость процесса электролитического восстановления от величины катодного потенциала, материала катода и его поверхности, температуры, плотности тока, природы электролита (рН). Электролиз воды.

Лабораторная работа № 12

Электролитическое осаждение олова из станнатных растворов

Цель работы:

Электролитически получить плотный, гладкий (негубчатый) и светлый осадок олова из станнатных растворов. Установить основные зависимости, имеющие место при электролизе станнатных растворов олова.

Оборудование и растворы:

Оборудование: ванна для электролиза (аккумуляторный стеклянный  сосуд); водяная электрическая баня для подогрева электролита; амперметр на 5 А; вольтметр на 5 В;  реостаты - 2 шт; медный кулонометр; термометр на 100˚; провода для схемы, оловянные аноды и катоды из луженой жести.

Растворы, реактивы, материалы: хлористое олово (SnCl2ЧH2O); раствор едкого натрата 1,5 Н; перекись водорода 30 %-ная; раствор крахмала; раствор для кулонометра.