Выполнение работы Опыт 1. Взаимодействие металлов с водой

В кристаллизатор с водой добавьте несколько капель фенолфталеина. Пинцетом достаньте кусочек натрия (или кальция) из склянки, где он хранится под слоем керосина, и высушите его фильтровальной бумагой. Ножом отрежьте небольшую часть (размером со спичечную головку) и пинцетом перенесите в кристаллизатор с водой. Что наблюдается? Напишите уравнение реакции.

Опыт 2. Действие разбавленной и концентрированной серной кислоты на металлы

- В три пробирки налейте по 2-3 мл разбавленной серной кислоты и опустите в одну из них кусочек железа, в другую - цинка, в третью - меди. Какие металлы реагируют с кислотами? Напишите уравнения реакций.

- (Проводить под тягой!) В две пробирки налейте по 2-3 мл концентрированной серной кислоты. В одну из них опустите кусочек цинка, в другую - кусочек меди. Обе пробирки слегка нагрейте. Наблюдайте выделение серы и по запаху определите выделяющийся газ в первой пробирке. Какой газ выделяется во второй пробирке? Напишите уравнения реакций.

Опыт 3. Действие разбавленной и концентрированной азотной кислоты на металлы

- (Проводить под тягой!) В две пробирки налейте по 2-3 мл разбавленной азотной кислоты и опустите в одну из них кусочек цинка, в другую - кусочек меди. Слегка нагрейте обе пробирки. Наблюдайте выделение газа. Напишите уравнения происходящих реакций.

- (Проводить под тягой!) В две пробирки налейте по 2-3 мл концентрированной азотной кислоты и опустите в одну из них кусочек цинка, в другую -кусочек меди. Какой газ выделяется? Напишите уравнения реакций.

Опыт 4. Действие щелочи на металлы

В две пробирки налейте по 2-3 мл концентрированного раствора щелочи. В одну из них насыпьте небольшое количество цинковых опилок, в другую - алюминиевого порошка. Если реакция не идет, слегка нагрейте. Когда начнется интенсивное выделение газа, поднесите к отверстиям пробирок зажженную лучинку. Что наблюдается? Составьте уравнения происходящих реакций.

Лабораторная работа 8 электролиз

Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.

Если в раствор электролита погрузить электроды и подключить их к внешнему источнику постоянного тока, то ионы в растворе получают направленное движение. К аноду (положительному электроду) движутся анионы (кислотные остатки, OH^-). К катоду (отрицательному электроду) движутся катионы (Мⁿ⁺, H⁺). Молекулы воды сильно полярны и поэтому могут притягиваться и к катоду и к аноду.

У анода восстановитель отдает электроны (в сеть) и окисляется. У катода окислитель присоединяет электроны (из сети) и восстанавливается.

На катоде в первую очередь восстанавливаются катионы, имеющие наибольшее значение электродного потенциала. Металлы, стоящие в начале ряда напряжения по алюминий включительно, на катоде из водных растворов не вы-

деляются. В этом случае на катоде разряжается вода:

2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

В случае, когда катионы металлов расположены в ряду напряжений между алюминием и водородом, они могут восстанавливаться на катоде одновременно с молекулами воды.

Катионы металлов, которые в ряду напряжений находятся за водородом, при электролизе практически полностью восстанавливаются на катоде и выделяются в виде металла.

На аноде в первую очередь окисляются анионы с наименьшим значением электродного потенциала. Различают электролиз с нерастворимым (инертным) и растворимым (активным) анодами. Инертным называется анод, материал которого в ходе электролиза не окисляется (графит, платиновые металлы, титан). Активным называется анод, материал которого может окисляться в ходе электролиза.

На инертном аноде при электролизе растворов электролитов с кислородсодержащими анионами (SO₄^2-, PO₄^3-, NO₃^-), а также фторид-ионами на аноде происходит электрохимическое окисление воды:

2H₂O - 4e → 4H⁺ + O₂

Если анионы электролита бескислородны (Cl^-, Br^-, I^-, S^2-), то они и разряжаются на аноде в ходе электролиза. Активный (растворимый) анод при электролизе окисляется - переходит в раствор в виде ионов.

Рассмотрим несколько случаев электролиза водных растворов солей.

Э л е к т р о л и з р а с т в о р а C u C l ₂ c и н е р т н ы м а н о д о м

Медь в ряду напряжений расположена после водорода, поэтому у катода будет происходить разряд ионов Cu²⁺ и выделение металлической меди. У анода будут окисляться хлорид-ионы.

Схема электролиза раствора хлорида меди (II)

CuCl₂ = Cu²⁺ + 2Cl^-

Катод ← Cu²⁺, H₂O Анод ← Cl^-, H₂O

Cu²⁺ + 2e → Cu⁰ 2Cl^- - 2e → Cl₂

Э л е к т р о л и з р а с т в о р а K N O ₃ с и н е р т н ы м а н о д о м

Поскольку калий в ряду напряжений стоит значительно раньше водорода, то катионы K⁺ не будут восстанавливаться на катоде. Кислородсодержащие анионы NO₃^- не будут окисляться на аноде. В этом случае на катоде и аноде восстанавливаются и окисляются молекулы воды. При этом в катодном пространстве будут накапливаться ионы OH^-, образующие с ионами K⁺ щелочь KOH, а в анодном пространстве накапливаются ионы H⁺, образующие с ионами NO₃^- кислоту HNO₃.

Схема электролиза нитрата калия

KNO₃ = K⁺ + NO₃^-

Катод ← K⁺, H₂O Анод ← NO₃^-, H₂O

2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^- 2H₂O - 4e → O₂ + 4H⁺

K⁺ + OH^- → KOH H⁺ + NO₃^- → HNO₃

Э л е к т р о л и з р а с т в о р а N i S O ₄ с н и к е л е в ы м а н о д о м

В этом случае сам анод окисляется, а на катоде процесс протекает так же, как и при электролизе растворов с инертным анодом.

Схема электролиза сульфата никеля

Катод ← Ni²⁺, H₂O Анод никелевый ← SO₄^2-, H₂O

Ni²⁺ + 2e → Ni⁰ Ni⁰ - 2e → Ni²⁺