Fyzikální praktikum 2
Úloha č. 5: Elektrolýza
Úkol:
1. Zjistěte měrnou vodivost kapalin a kapalných roztoků
2. Určete elektrochemický ekvivalent mědi a Faradayovu konstantu
Disociace molekul a uvolňování iontů z krystalové mřížky iontových sloučenin probíhá vždy tak, že z vodíku a kovů vznikají volně pohyblivé kationty, ze zbytků kyselin anionty.
Při elektrolýze vodného roztoku CUSO4 je kladná elektroda měděná, záporná elektroda měděná nebo uhlíková. Celý děj probíhá následujícím způsobem:
Rozpouštěním síranu meďnatého ve vodě vznikají volně pohyblivé ionty:
CuS04-> Cu2+ + SO2"
Ionty Cu2+ se pohybují ke katodě, kde přijmou dva elektrony a vyloučí se na ní jako atomy mědi:
Cu2+ + 2e~ -> Cu
Ionty S022~ se pohybují k anodě, kde se neutralizují ("ztratí"dva elektrony), a reagují s atomy elektrody, tj. s atomy mědi, na síran měďnatý:
SO2--> (S04) + 2e~
(S04) + Cu-> CuS04
Při elektrolýze vodného roztoku CUSO4 atomy mědi přecházejí z anody do elektrolytu jako Cu2+ a z elektrolytu se vylučují na katodě jako Cu°. Mědi na anodě ubývá a na katodě naopak přibývá.
Při elektrolýze vodného roztoku NaCl se jako katody a anody používají stejné elektrody vyrobené zpravidla z uhlíku nebo hliníku. Celý děj probíhá následujícím způsobem:
Při rozpouštění chloridu sodného ve vodě vznikají volně pohyblivé ionty:
MU N I
P E D
1
NaCl-> Na+ + Cl~
Ve vodném roztoku jsou tedy přítomny ionty Na+, Cl-, H+ a OH-. Na katodě dochází k redukci iontů H+, které jsou méně stabilní než ionty Na+. Z atomů vodíku vzájemnou reakcí vznikají molekuly H2, které se uvolňují na katodě.
Ionty Cl- se pohybují k anodě, kde ztrácejí elektrony. Vznikají atomy chlóru, které spolu reagují za vzniku molekuly chlóru. Molekuly chlóru unikají podél anody:
2Cr-► Cl2 + 2e
V roztoku zbývají ionty Na+ a OH , tedy hydroxid sodný. Elektrolýzou vodného roztoku NaCl se v praxi vyrábí hydroxid sodný, vodík a chlór.
První část: Elektrochemický ekvivalent
Orientační postup:
1. Nakreslete elektrické schéma jednoduchého obvodu skládajícího se ze zdroje napětí, ampérmetru, posuvného reostatu zapojeného k regulaci proudu, spínače a elektrod.
2. Sestavte obvod a elektrody ponořte do vodného roztoku síranu meďnatého. Nastavte hodnotu proudu určenou vyučujícím (například plochou 10 cm2 ponořené elektrody prochází proud 0,2 A).
3. Vyjměte elektrody a určete jejich hmotnosti. Elektrody nejprve opláchněte v destilované vodě, potom v lihu, osušte je a určete jejích hmotnost na analytických vahách.
4. Elektrody znovu vložte do roztoku, zapněte zdroj a po dobu určenou vyučujícím nechejte obvodem procházet proud (zpravidla 20-30 minut). Udržujte konstatntní hodnotu proudu.
5. Vyjměte katodu a anodu a určete jejích hmotnost vážením na analytických vahách. Před vážením elektrody opláchněte v destilované vodě, potom v lihu a osušte je.
6. Z naměřených hodnot vypočtěte elektrochemický ekvivalent mědi.
7. Z naměřených hodnot určete Faradayovu konstantu.
Druhá část: Vodivost
Orientační postup:
1. Nakreslete elektrické schéma jednoduchého obvodu skládajícího se ze zdroje napětí, ampérmetru, posuvného reostatu zapojeného k regulaci proudu, spínačre a elektrod určených ke studiu vodivosti kapalin. Obvod sestavte a elektrody připevněte do kádinky.
2. Měřte proud při třech různých polohých jezdce reostatu, jsou-li elektrody ponořeny:
(a) do destilované vody, lihu, vody z vodovodu
(b) do roztoku cukru v destilované vodě
2
Třetí část: Elektrolýza chloridu sodného
1. Nakreslete elektrické schéma jednoduchého obvodu skládajícího se ze zdroje napětí, ampérmetru, posuvného reostatu, spínače a měřícího přípravku.
2. Sestavte obvod, do přípravku nalijte vodný roztok chloridu sodného a do prostoru katody dejte několik kapek lihového roztoku fenolftaleinu. Pozorujte děje v elektrolytu.
3. Změňte polaritu elektrod a opět pozorujte jevy v elektrolytu.
Čtvrtá část: Polarizace elektrod_
1. Sestavte obvod podle schématu na obrázku, do kádinky nalijte vodný roztok kyseliny sírové.
2. Změřte napětí na svorkých elektrod, je-li přepínač v poloze (a), a pozorujte děje v elektrolytu.
3. Přepínač přepněte na několik minut do polohy (b) a pozorujte děje v elektrolytu.
4. Přepněte přepínač do polohy (a), pozorujte děje v elektrolytu a výchylku voltmetru.
(a)
9 (&)
7
+
a
3