Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Кафедра химии

Отчет по лабораторной работе № 3 «Электрохимические процессы и явления»

Выполнил: Проверила:

студент 1-го курса ФТК Соловей Н.П.

группы 060801

Дятлович Д.В.

Минск 2010

Экспериментальная часть

Цель работы: на конкретных примерах изучить электрохимические процессы, протекающие в гальванических элементах и при электролизе водных растворов электролитов.

1. Установить химическую активность металлов в водных растворах

электролитов и их положение в электрохимическом ряду активностей.

1.1. Ход и данные опыта.

В опыте исследовалась химическая активность Zn, Cu, Al в водных растворах CuSO₄, ZnSO₄, Аl₂(SO₄)₃, FeCl₃. Используя тот факт, что самопроизвольно протекают только реакции удовлетворяющие условию , было установлено, что реагировать будут следующие пары веществ: Zn и CuSO₄ , Zn и FeCl₃, Cu и FeCl₃ (при условии, что железо восстановится не полностью). Также возможны реакции алюминия с сульфатами меди и цинка и хлоридом железа. Но из-за того, что алюминий на воздухе покрывается оксидной пленкой Al₂O₃, реакции не протекают.

В пробирку с раствором CuSO₄ опустили гранулу цинка. В результате реакции медь выделилась на поверхности цинка.

Zn + CuSO₄ ZnSO₄ + Cu

Zn⁰ + Cu²⁺ Zn²⁺ + Cu⁰

В раствор с FeCl₃ добавили K₃[Fe(CN)₆] – индикатора на ионы Fe²⁺. Раствор стал синим, следовательно FeCl₃ в большей мере диссоциирует на ионы Fe²⁺. Затем опустили гранулу цинка.

Zn + 2FeCl₃ 2FeCl₂ + ZnCl₂

Zn⁰ + 2Fe³⁺ 2Fe²⁺ + Zn^2-

В раствор с FeCl₃ опустили гранулу меди.

Cu + 2FeCl₃ 2FeCl₂ + CuCl₂

Cu⁰ + 2Fe³⁺ 2Fe²⁺ + Cu^2-

1.2. Расчет, наблюдение и анализ данных.

Пользуясь тем фактом, что для самопроизвольного протекания реакции требуется, чтобы потенциал окислителя был больше потенциала восстановителя, установим возможность протекания реакций.

Zn⁰ + Cu²⁺SO₄^2- ZnSO₄ + Cu

-0,76 B < 0,34 B

восстановитель окислитель

Zn⁰ + Al₂³⁺(S0)₄^2-

-0,76 В > -1,66 B

восстановитель окислитель

Zn⁰ + 2Fe³⁺Cl₃^{- K3[Fe(CN)6]} 2FeCl₂ + ZnCl₂

восстановитель окислитель

1) В: Zn – 2e = Zn²⁺ (-0,763 B)

O: Fe³⁺ + 3e = Fe⁰ (-0,036 B)

E⁽¹⁾ = ф_ок-ля – ф_вос-ля = -0,036 B + 0,763 B = 0,727 B

2) В: Zn – 2e = Zn²⁺ (-0,763 B)

О: Fe³⁺ + 1e = Fe²⁺ (0,770 B)

E⁽²⁾ = ф_ок-ля – ф_вос-ля = 0,770 B + 0,763 B = 1,533 B

Т.к Е⁽²⁾ > E⁽¹⁾ , то предпочтительнее 2-я реакция.

Cu⁰ + Zn²⁺SO₄^2-

0,34 B > -0,76 B

восстановитель окислитель

Cu⁰ + Al₂³⁺(SO₄)^2-

0,34 B > -1,66 B

восстановитель окислитель

1) (Fe³⁺| Fe⁰ ) Cu⁰ + Fe³⁺Cl₃^-

0,34 B > -0,036 B

восстановитель окислитель

2) (Fe³⁺ | Fe²⁺ ) Cu⁰ + 2Fe³⁺Cl₃^{- K3[Fe(CN)6]} 2FeCl₂ + CuCl₂

0,34 B < 0,770 B

восстановитель окислитель

2Al⁰ + 3 Cu²⁺SO₄^2- 3Cu + Al₂(SO₄)₃

-1,66 B < 0,34 B

восстановитель окислитель

2Al⁰ + 3Zn²⁺SO₄ 3Zn + Al₂(SO₄)₃

-1,66 B < -0,76 B

восстановитель окислитель

2Al⁰ + 2FeCl₃ 2FeCl₂ + AlCl₃

-1,66 B < -0,036 B

восстановитель окислитель

Для объяснения реакций с раствором FeCl₃ необходимо использовать не только электродный потенциал Fe³⁺/Fe, но и Fe³⁺/Fe²⁺, т.к. железо может восстановиться не полностью, присоединив только один электрон.

В ходе опытов было выяснено, что наиболее активным металлом из исследуемых является алюминий, затем цинк, медь.

_{1.3 Вывод: самопроизвольно протекают только те реакции, которые удовлетворяют условию} . Пассивирующие слои на поверхности металлов могут полностью предотвратить протекание окислительно-восстановительных реакций.