Используемое оборудование

В работе осаждается медь на медном катоде, в качестве которого используется тонкая медная пластина. Плотность тока на катоде должна находиться в диапазоне 2…20 мА/см². Превышение плотности тока приводит к образованию хрупкого осадка меди, который легко осыпается. При меньших плотностях часть ионов Cu²⁺ восстанавливается до Cu⁺, что уменьшает выход меди по току. Анодом служит медный стержень.

Осаждение меди ведётся из медносульфатного раствора с добавлением серной кислоты и этанола. Серная кислота необходима для увеличения электропроводности раствора и предотвращения образования коллоидных частиц Cu(OH)₂, способных адсорбироваться растущим осадком меди, увеличивая его массу. Этанол тормозит побочную реакцию образования ионов Cu⁺. Он может быть заменён таким же количеством сахарозы.

В качестве источника тока используется источник питания УНИП-5 со стабилизированным регулируемым напряжением, которое можно измерять встроенным вольтметром. Максимальное напряжение 15 В, максимальный ток 300 мА. Величина (сила) тока измеряется многопредельным миллиамперметром М253 класса точности 0,5. Класс точности характеризует абсолютную погрешность прибора, которая составляет процент, равный классу, от максимального значения шкалы. Например, миллиамперметр со шкалой на 30 мА и класса точности 0,5 имеет абсолютную погрешность 300,5:100 = 0,15 мА при любом положении стрелки. Для снижения относительной погрешности многопредельного прибора необходимо подобрать такой предел измерения, чтобы стрелка находилась в правой части шкалы.

Выполнение работы

Приготовить раствор (объём задаёт преподаватель), содержащий 150 г/л CuSO₄H₂O, 50 г/л концентрированной H₂SO₄ и 50 мл/л этанола.

Зачистить тонкой наждачной бумагой поверхность медного катода и обезжирить её. Взвесив катод на аналитических весах, закрепить его в соответствующем держателе электрохимической ячейки. Залить в ячейку такой объём рабочего раствора, чтобы при заданной преподавателем величине тока плотность тока не выходила за указанные выше пределы¹.

Регулятор напряжения источника тока повернуть до предела против часовой стрелки. Собрать электрическую схему установки, соединив проводами последовательно её части, соблюдая полярность. К клемме «–» источника тока подключить катод ячейки, анод которой соединить с клеммой «–» миллиамперметра. Его вторая клемма должна быть подключена к клемме «+» источника тока. Переключателем диапазонов миллиамперметра выбрать предел 150 мА.

Включить источник тока. При этом должна светиться индикаторная лампа. Включить секундомер и одновременно регулятором напряжения установить необходимую величину тока в цепи. В ходе электролиза регулятором корректировать величину тока, если она будет изменяться.

Через заданное время выключить источник тока, извлечь катод из ячейки, осторожно сполоснуть его и поместить в сушильный шкаф при температуре 90…100 С на 5 – 7 минут. После охлаждения катод взвесить на тех же весах. Привести в порядок рабочее место и сдать его лаборанту.

Вычислив массу осаждённой меди как разность двух взвешиваний катода, из уравнения (3.59) рассчитать величину числа Фарадея. Исходя из полученного значения F и величины числа Авогадро, вычислить заряд электрона по уравнению (3.58).