Лабораторная работа 6 основы электрохимии

Какие процессы называют электрохимическими? Какие из них протекают самопроизвольно, а какие только при подаче энергии от внешнего источника?

ОПЫТ 1. Сравнение электрохимической активности металлов

Сравним активности пяти металлов: меди, железа, олова, свинца и цинка.

Возьмите пять пробирок, налейте в них по 2–3 мл растворов солей меди(+2), железа(+2), олова(+2), свинца(+2) и цинка.

Опустите в каждую пробирку узкую медную пластину (или проволочку). Через 2–3 минуты осмотрите пластины. Произошли ли изменения с ними? О чём это говорит?

Выньте медные пластины из пробирок и опустите во все растворы железные пластины (проволочки, гвозди). Осмотрите их через 2–3 минуты. Какие металлы вытесняются железом из растворов солей? Напишите уравнения реакции железа с ионами этих металлов. Укажите переход электронов, восстановитель и окислитель.

Аналогично поступите, опустив в растворы полоски свинца, олова и цинка.

Результаты наблюдений обобщите в виде таблицы. Знаком “+” покажите вытеснение опускаемым металлом, при отсутствии реакции ставьте “–”.

Опускаемый металл	Ионы металла в растворе					^0 (Me^2+/Me), Вольт
	Cu^2+	Fe^2+	Pb^2+	Sn^2+	Zn^2+
Cu
Fe
Pb
Sn
Zn

Выпишите из Приложения Е стандартные электродные потенциалы ⁰. По результатам эксперимента расположите металлы в порядке убывания активности. Согласуется ли этот ряд с величинами ⁰?

Что называют стандартным электродным потенциалом? Какие из исследованных металлов могут вытеснять водород из кислот?

ОПЫТ 2. Гальванический элемент

Для опыта необходимы 1 М растворы солей никеля, железа, меди, цинка и пластины из этих металлов. Используют также солевой (электролитный) мостик (стеклянная трубочка с раствором KCl и желатина), а также провода и вольтметр (желательно, с большим внутренним сопротивлением). Каждый студент должен делать измерение с одной парой металлов (в примере с медью и цинком).

Налейте в один стаканчик раствор соли меди (почти доверху) и опустите туда медную пластину. В другой стаканчик налейте раствор соли цинка и опустите цинковую пластину. Поставьте оба стакана рядом на подставку и соедините растворы в них солевым мостиком. С помощью вольтметра определите напряжение между пластинами.

Какие процессы происходят на пластинах, какая из них является катодом, какая – анодом?

В каком направлении перемещаются электроны на внешней цепи? Почему?

По значениям стандартных электродных потенциалов (Приложениеи Е) вычислите стандартную ЭДС данного элемента и сравните её с измеренным напряжением. Объясните различие.

Сопоставьте результаты с аналогичными измерениями других студентов.

ОПЫТ 3. Образование гальванопар и микрогальванопар

Для опыта нужны три кусочка цинка, очищенная толстая медная проволока, раствор сульфата меди и серная кислота.

В три пробирки налейте немного 1 М H₂SO₄ и бросьте по кусочку цинка. Что наблюдаете? Одну пробирку оставьте в качестве контрольной.

Во вторую пробирку внесите медную проволочку и коснитесь ею цинка. Как изменилась скорость взаимодействия цинка с кислотой? Почему? Обратите внимание, где выделяется водород. Объясните. Запишите уравнения анодного и катодного процессов.

В третью пробирку добавьте 2–3 капли раствора сульфата меди CuSO₄. Что произошло? Имейте в виду, что цинк может вытеснять медь из раствора. Напишите уравнения процессов.

Какой металл будет анодом, какой – катодом?

ОПЫТ 4. Направление реакции в растворах в зависимости от ЭДС

В три пробирки налейте по 2 мл раствора хлорида железа (+3) FeCl₃. Добавьте в первую пробирку 2 мл раствора хлорида калия KCl, во вторую – бромида калия KBr, в третью – иодида калия KI. Что наблюдаете? В пробирки желательно добавить несмешивающийся с водой органический растворитель (хлороформ, бензол, толуол, CCl₄).

Используя значения стандартных потенциалов Cl₂/Cl^–, Br₂/Br^–, I₂/I^– и Fe³⁺/Fe²⁺, рассчитайте ЭДС каждого из трёх процессов:

2 FeCl₃ + 2KX 2FeCl₂ + X₂ + 2KCl,

2 Fe³⁺ + 2X^– 2Fe²⁺ + X₂, X = Cl, Br, I.

Объясните, в какую сторону смещено равновесие.

ОПЫТ 5. Электролиз растворов с инертным анодом

Электролизёр представляет собой U-образную трубку, в каждый конец которой опущен электрод. В качестве инертных электродов применим угольные (графитовые).

а) Электролиз раствора сульфата натрия

В стаканчик налейте раствор сульфата натрия Na₂SO₄, добавьте 2–3 капли индикатора (лакмуса или универсального), перемешайте и вылейте в электролизёр. Опустите электроды в раствор, подключите их к источнику постоянного тока. Что наблюдаете?

Какие газы выделяются на электродах и почему скорость их выделения различается? Какие ионы способствуют изменению окраски индикатора? Напишите уравнения анодного и катодного процессов.

б) Электролиз раствора иодида калия

Налейте в стаканчик раствор иодида калия KI, добавьте 3–4 капли фенолфталеина, перемешайте и вылейте в электролизёр. Введите угольные электроды и подключите их к источнику постоянного тока. Что наблюдаете на электродах? Напишите уравнения анодного и катодного процессов. Почему на катоде не выделяется калий, а на аноде не выделяется кислород?

ОПЫТ 6. Электролиз с растворимым анодом

В электролизёр налейте разбавленной (1 М) серной кислоты.

Угольный электрод подключите к (+) источника тока (это будет анод), медный электрод подключите к () источника тока (это будет катод). Пропускайте ток в течение 1–2 минут. Что наблюдаете? Осмотрите электроды и отметьте их вид.

Подключите медную пластину к (+), графит – к () и снова включите ток. Что происходит на электродах? Как изменяется раствор? Обратите внимание, что на угольном электроде через некоторое время процесс выделения газа прекращается. Почему? Запишите реакции, происходящие на аноде и катоде.

ОПЫТ 7. Коррозия лужёного и оцинкованного железа

При коррозии чистого железа в растворах кислот образуются соли железа(+2), которые легко обнаружить следующей качественной реакцией.

В пробирку насыпьте ложечку сухого сульфата железа(+2) FeSO₄. Растворите его в воде. Добавьте 2 капли раствора красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆]. Что наблюдаете? Цвет жидкости придаёт соединение K[Fe₂(CN)₆]·H₂O в виде коллоидного раствора.

Составьте уравнение реакции железа с разбавленной серной кислотой.

Чем покрыто лужёное железо? Какой заряд приобретает железо в контакте с покрывающим металлом: а) в оцинкованном железе; б) в лужёном железе? Как это связано со стандартными потенциалами металлов?

В 2 небольших стакана налейте раствор серной кислоты (0,1 М) и добавьте по 2–3 капли раствора K₃[Fe(CN)₆]. Опустите в один стаканчик пластину оцинкованного железа, в другой – лужёного. Предварительно на пластинах сделайте глубокие царапины ножом.

Обратите внимание на изменение окраски в стаканах. В каком стакане образец подвержен коррозии сильнее? Составьте схему перехода электронов.

Запишите для каждого вида повреждённого покрытия уравнения анодных и катодных процессов.

Объясните, что такое анодное и катодное покрытие. В каких случаях применяют каждое из них?