Электролиз

1
Лабораторная работа № 12
Электролиз водных растворов неорганических солей
Выполнил студент группы _____________ ________________________________
Фамилия Имя Отчество
Отметка о выполнении _____________________ ________________________
Выполнено
Зачтено
Цель работы. Изучить электрохимические процессы, протекающие на катоде и аноде при прохождении постоянного электрического тока через водные растворы неорганических соединений.
Задачи работы. Провести электролиз водных растворов неорганических
солей с инертным и растворимым анодом. Установить, какие металлы могут быть
выделены на катоде из водных растворов, анионы каких кислот окисляются на
аноде, в каких случаях наблюдается окисление или восстановление воды?
Общие сведения. При электролизе катодом является электрод, подключённый к отрицательному полюсу внешнего источника тока. На катоде
протекают процессы восстановления катионов металлов или водорода молекул воды. Если раствор содержит несколько катионов, то в первую очередь
будут восстанавливаться металлы с более высоким электродным потенциалом. Электродный потенциал восстановления водорода из воды с учётом перенапряжения составляет около -1 В. Катионы активных металлов, для которых электродный потенциал меньше -1 В, не могут восстанавливаться на катоде. В этом случае на катоде восстанавливается водород из воды:
2Н 2О  2е  Н 2  2ОН  .
(1)
Анодом при электролизе является электрод, подключённый к положительному полюсу внешнего источника тока. На аноде окисляются анионы
хлороводородной (соляной), бромоводородной, сероводородной и других
бескислородных кислот. Если раствор содержит несколько анионов, то в
первую очередь будут окисляться те из них, для которых значение электродного потенциала меньше. Если в растворе присутствуют только анионы фтороводородной (плавиковой) кислоты или анионы, в составе которых имеются
атомы кислорода, то на аноде окисляется кислород из воды:
2Н 2О  4е  О2  4Н  .
(2)
Реальные электродные потенциалы при электролизе отличаются от
теоретических. Перенапряжение – это величина, показывающая, насколько
смещается электродный потенциал от равновесного значения на катоде и на
аноде. Перенапряжение на катоде обусловлено затратами энергии на переход
гидратированного иона из водного раствор на электрод. Поэтому электродный потенциал выделения вещества на катоде смещается в отрицательную
сторону. Электродный потенциал выделения вещества на аноде смещается в
результате перенапряжения в положительную сторону. Анодное и катодное
перенапряжение зависят от материала электродов, состояния их поверхности,
химической природы разряжающихся ионов и т.д.
2
Дома. Пользуясь уравнением Нернста, для указанных в задании концентраций ионов в растворе рассчитайте и занесите в таблицу равновесные
электродные потенциалы.
Таблица
Met1 — …
Met2 — …
aMet n , моль/л
EMet n
Met
,В
Укажите, какой из металлов будет в первую очередь восстанавливаться
на катоде? Запишите электронное уравнение катодного процесса.
Опыт 1. Электролиз водного раствора сульфата натрия
В химический стакан налейте раствор сульфата натрия и добавьте несколько капель фенолфталеина. Опустите в раствор угольные электроды,
подключённые к источнику постоянного тока. Наблюдайте выделение газов
на поверхности электродов и окрашивание индикатора. После выключения
источника тока выделение газов прекращается, а раствора постепенно становится бесцветным.
Визуально оцените, вблизи какого электрода происходит окрашивание
раствора и выделяется больший объём газа. Определите полярность этого
электрода.
Объясните наблюдаемые явления, записав реакции, которые протекают
на катоде и на аноде.
Катод (-):
3
Анод (+):
Объём раствора:
Опыт 2. Электролиз водного раствора иодида калия
В химический стакан налейте раствор иодида калия. Опустите в раствор угольные электроды, подключённые к источнику постоянного тока.
Наблюдайте выделение газа на поверхности одного из электродов и бурое
окрашивание – на другом. По запаху определите, какое окрашенное вещество
выделяется в результате электролиза раствора. Определите полярность электродов.
Объясните наблюдаемые явления, записав реакции, которые протекают
на катоде и на аноде.
Катод (-):
Анод (+):
Опыт 3. Электролиз водного раствора сульфата меди(II)
3.1. С угольным анодом
В химический стакан налейте раствор сульфата меди(II). Опустите в
раствор угольные электроды, подключённые к источнику постоянного тока.
Наблюдайте выделение газа на поверхности одного из электродов и образование металлической меди – на другом. Определите полярность электродов.
Объясните наблюдаемые явления, записав реакции, которые протекают
на катоде и на аноде.
4
Катод (-):
Анод (+):
3.2. С медным анодом
Не вынимая угольные электроды, на одном из которых образовался
слой меди, из раствора сульфата меди(II), поменяйте полярность электродов
и включите источник постоянного тока. Наблюдайте растворение медной
плёнки на одном из электродов1 и образование металлической меди – на другом. Определите полярность электродов.
Объясните наблюдаемые явления, записав реакции, которые протекают
на катоде и на аноде.
Катод (-):
Анод (+):
1
После того, как образовавшийся ранее слой меди полностью растворится, на угольном
электроде будет наблюдаться выделение газа, как в опыте 3.1.