Лабораторна робота № 3

Тема: Закони електролізу

Теоретична частина

Електролізом називається окисно-відновний процес, який відбувається на електродах, занурених у розчин або розплав електроліту при проходженні електричного струму. Процес електролізу складається з електрохімічних реакцій, які відбуваються на поверхнях розділення електрод-електроліт та хімічної взаємодії продуктів цих реакцій між собою і з розчинником.

Відповідно до закону Фарадея маса окисленої або відновленої речовини Х пропорційна електричному заряду q, перенесеному у зовнішньому колі. Якщо сила струму в процесі електролізу підтримується сталою (І = const), то:

(3.1)

При змінній силі струму:

, (3.2)

де m(x) - маса речовини Х, кг

M(x) - молярна маса речовини Х, кг/моль

I - сила струму, с

F - стала Фарадея, 96485 Кл/моль

n - число електронів, що беруть участь у елементарному акті

електрохімічного перетворення

Відношення, (кг/Кл) називається електрохімічним еквівалентом речовини Х. Якщо при даних умовах електролізу на електроді відбувається кілька конкуруючих електрохімічних реакцій, тоді маса потрібного нам продукту буде менша від обчисленої за законом Фарадея. Масову частку виходу продукту в цьому випадку прийнято називати виходом за струмом Р_І .

. (3.3)

Для визначення економічних показників електролізного виробництва визначають також вихід за енергією Р_Е. Теоретично для того, щоб відбувався електроліз, напруга на електролізері повинна перевищувати різницю рівноважних електродних потенціалів на як завгодно малу величину. Однак на практиці U > _рівн. і дорівнює:

U = (_a + _a) – (_к + _ê) + IR = _рівн. + _a + _ê + IR , (3.4)

де U - напруга на електролізері, В

_a та _к - рівноважні потенціали анода та катода, В

_a та _к - перенапруга анодної та катодної реакцій, В

І - сила струму, А

R - опір електроліту, Ом

Тоді вихід по енергії:

. (3.5)

Практична частина

Електрохімічне одержання гіпохлориту Nа.

Розчини гіпохлориту натрію, які широко використовуються як дезинфікуючі та відбілюючі засоби, нестійкі. Тому їх не зберігають, а виготовляють по мірі необхідності на місці використання. Зручним способом одержання гіпохлориту є електроліз водного розчину хлориду натрію. Процес проводять у електролізері з нерозділеним анодним та катодним просторами при інтенсивному перемішуванні електроліту, який являє собою 10-30 % розчин хлориду натрію. Використовується графітовий анод та залізний катод. Увесь процес можна виразити схемою:

NaCl 

(на електроді)

катод (–)

(у розчині)

(на електроді)

анод (+)

H₂O + Cl₂ = HCl +HClO (у розчині)

3H₂O + 2NaCl = H₂ + NaCl +NaClO + 2H₂O

електроліз

H₂O + NaCl H₂ + NaClO

Схема лабораторної установки наведена на рис.3.1.

П ри підготовці досліду слід визначити масу катодної пластини кулонометра, заповнити стакан кулонометра розчином сульфату міді та занурити в нього мідні електроди. Реакції та , які відбуваються на електродах кулонометра, мають Р_І дуже близький до 100 %. Тому, знаючи масу міді отриманої на катоді, можна визначити електричний заряд, перенесений у зовнішньому колу:

. (3.6)

Необхідність цього обумовлена непостійністю сили струму в колі у ході електролізу. В електролізер налити 100 мл 25% розчину хлориду натрію та 150 мл води, занурити електроди і мішалку, зібрати електричне коло та після перевірки установки викладачем включити джерело струму. Встановити силу струму 0,9 - 1,0 А та записати час початку електролізу. Проводити електроліз протягом вказаного викладачем часу. У ході роботи 3-4 рази записати значення напруги електролізу. Після вимикання струму відмітити час закінчення процесу, визначити масу катода кулонометра та масу одержаного гіпохлориту натрію. Для цього відібрати піпеткою пробу електроліту об’ємом 10-20 мл в колбу для титрування, додати 10 мл 10% розчину йодиду калію та 10 мл 10% розчину сірчаної кислоти та відтитрувати йод, який виділився, тіосульфатом натрію концентрацією 0,1 моль/л. Розрахувати масу гіпохлориту натрію за формулою:

. (3.7)

Хід роботи:

1. Електричний заряд, перенесений у зовнішньому колі:

- заряд, як добуток сили струму на час електролізу

q₁ = I  t = = Кл.

- заряд за результатами кулонометричного експерименту:

.

m(Cu) = m(маса катоду після електролізу) – m(маса катоду до електролізу) = г.

.

2. Визначаємо масу отриманого NaClO:

.

V(Na₂S₂O₃) = л; С(Na₂S₂O₃) = 0,1 моль/л;

V_проби = л; М(1/2 NaClO) = 37,22  10^-3 кг/моль;

V_{електроліту}NaCl+H₂O = 250  10^-3 л.

.

Вихід за струмом: .

%.

Вихід за енергією: U = В; ;

%.

Висновок:

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЧЕРКАСЬКИЙ ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ

Будівельний факультет

Кафедра загальної хімічної

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

з курсу: Фізична хімія

Тема: Електропровідність розчинів електролітів

Лабораторну роботу прийняв: викладач кафедри ЗХ Солодовнік Т.В. _________________________		Лабораторну роботу виконав: студент групи _________________________
“___”______________2010р.		“___” _____________2010р.

2010