5. Электрохимические процессы

5.1. Цель работы

 Составить цепи гальванических элементов: Якоби –Даниеля и концентрационного по схемам:

(-)ZnZn SO₄, 1 M, aq KCl насыщ., aq CuSO_4, 1M, aq Cu (+)

(-)CuCuSO₄, 0,001 M, aq KCl насыщ., aqCuSO_4, 1 M, aq Cu (+)

 Определить напряжение каждого из элементов и рассчитать их термодинамические характеристики.

 Выполнить электролиз раствора Na₂SO₄ и определить с помощью индикаторов как меняется величину рН вблизи электродов. Выполнить электролиз раствора CuCl₂ и охарактеризовать состояние электродов.

 Выполнить опыты, связанные с контактной и атмосферной коррозией металлов.

5.2. Общие указания

Подготовьте краткую теорию к отчету в соответствии с планом:

• основные определения (электрод, двойной электрический слой, электродный потенциал);

• гальванические цепи их схемы и классификация;

• соглашение о гальванических цепях и знаках электродных потенциалов;

• термодинамические характеристики гальванических цепей;

• электролиз, законы Фарадея, выход по току.

5.3. Реактивы и оборудование

Стакан химический, объем 200 см³ – 2 шт, электролитический ключ, электролизер U- образный, графитовые стержни для электродов - 2 шт, цинковая и медная пластины для электродов, стальная пластина, цинк металлический гранулы, проволока медная, индикаторы рН (спиртовые растворы метилоранжа и фенолфталеина), а также водные растворы реактивов, показанных в таблице 5.1.

Таблица 5.1.

Название реактива	Концентрация, моль/л
Медь сернокислая, CuSO4	1,0
Цинк сернокислый, ZnSO4	1,0
Медь двухлористая, CuCl2	0,5
Натрия сульфат, Na2SO4	0,5
Калий железосинеродистый, K3[Fe(CN)6]	0,1
Натрия хлорид, NaCl	0,5 (или 3%)
Кислота соляная, НCl	0,01

5.4. Методика эксперимента

5.4.1. Гальванические цепи

Опыт 1. Исследование элемента Якоби – Даниеля

Соберите ионнометаллические цинковый и медный электроды. Общий вид элемента с электролитическим ключом показан на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Гальванический элемент, подключенный к вольтметру.

Пунктиром выделен отдельный электрод.

Наждачной бумагой зачистите пластины из меди и цинка с припаянными проволочными проводниками, промойте их дистиллированной водой и вставьте в гнезда пластмассовых крышек припаянные проводники. Таким образом, будут подготовлены составляющие электродов: медный и цинковый проводники первого рода.

Поместите проводники на крышках в химические стаканы и прилейте к ним растворы солей соответственно металлам – в стакан с медным проводником – раствор 1М CuSO₄, а в стакан с цинковым проводником – 1М раствор ZnSO₄. Растворы приливайте таким образом, чтобы примерно 2/3 пластины оказалось в жидкости. Полученные электроды соедините между собой с помощью электролитического ключа и подключите к вольтметру по схеме, показанной на рис. 5.1. Измерьте напряжение элемента.

Опыт 2. Исследование концентрационного элемента

Демонтируйте цинковый электрод. Вылейте раствор сульфата цинка в склянку для хранения, снимите цинковую пластину и обмойте ее и стакан дистиллированной водой. Заполните стакан 0, 001 М раствором CuSO₄ и погрузите в него вторую, закрепленную на крышке и заранее подготовленную по описанной выше методике медную пластину. Электрод с разбавленным раствором сульфата меди соедините посредством электролитического ключа с медным электродом, содержащим 1М раствор CuSO₄. Подключите полученный элемент к вольтметру и измерьте напряжение.