Электролиз.. Экспериментальная часть.

Электролиз.

 

Одним из широко применяемых на практике электрохимических процессов является электролиз. Электролизом называется химиче­ское разложение веществ под влиянием электрического тока, сопро­вождающееся выделением на электродах продуктов разложения и по­бочными явлениями.

Электролиз осуществляют в специальных сосудах — электроли­зерах, которые заполняют раствором или расплавом электролита. В электролит помещают два электрода, соединенные с положительным (анод) и отрицательным (катод) полюсами источника постоянного тока.

Электролиз возможен при наложении на электроды внешнего на­пряжения достаточной величины. Это напряжение вызывает в элек­тролите и во внешней цепи прохождение тока, а на поверхности электродов — электрохимические реакции (катодные и анодные). Электри­ческий ток в электролите представляет собой процесс движения ионов к электродам. Катионы — положительно заряженные ионы металлов и водорода — передвигаются к катоду; анионы —отрицательно         заряженные ионы кислотных остатков и ОН^- — к аноду. При достиже­нии электродов ионы нейтрализуются и, превращаясь в атомы или молекулы, выделяются на них. Во внешней цепи при этом непрерывно перемещаются электроны от анода к катоду.

Напряжение U, подаваемое на электроды, распределяется между потенциалом анода φ _а и потенциалом катода φ _к, поэтому

 

U = φ _a – φ _k

 

Наименьшее напряжение, при котором начи­нает протекать электрический ток через рас­твор и становится возможным электролиз, называют напряжением разложения.

При электролизе на отрицательно заря­женном электроде (катоде) протекают процессы восстановления, например М^+Z + ze^- → M; O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O. На положительно заряженном электроде (аноде) проходят реакции окисления, характер которых зависит от того, способен ли раство­ряться металлический анод в конкретных условиях электролиза или он находится в инертном состоянии. Для растворимого анода типична реакция М → М^Z+ + е^-, для инертного — разряд анионов и дру­гие окислительно-восстановительные процессы, например 4ОН^-→ O₂ + 2H₂O + 4e^- . К инертным анодам относятся железные и никелевые в щелочной среде и платиновые в большинстве сред.

Если в растворе имеется несколько веществ, способных окис­ляться или восстанавливаться, то в первую очередь будет окисляться на аноде вещество с наименьшим окислительно-восстановительным потенциалом, а на катоде будет восстанавливаться вещество с наи­большим потенциалом. Определение очередности реакций производят с помощью шкалы стандартных потенциалов.

Широкое применение электролиз получил в технике, особенно в хи­мической и металлургической промышленности. Его используют для выделения многих металлов из соединений, для отделения металлов от примесей (электрорафинирование), для нанесения металлических покрытий с целью защиты металлических изделий от коррозии (гальванотехника), при электролитическом получении щелочей, хлора, окис­лителей, восстановителей, тяжелой воды, некоторых органических ве­ществ и для других целей.

 

 

Экспериментальная часть.

1. Приготовление хлорсеребряного электрода и измерение его по­тенциала.

 

Хлорсеребряный электрод широко используется в качестве электрода сравнения. Он состоит из серебряной проволоки, покрытой слоем АgСl, помещенной в раствор КС1 определенной концентрации. На элек­троде устанавливается равновесие:

AgCl + e^- ↔ Ag + Cl^-

Потенциал электрода Аg|AgCl|Cl^- определяется уравнением:

Для разбавленных растворов при 18⁰ С:

Целью данной работы является приготовление хлорсеребряного элек­трода и измерение его потенциала в растворах KCl различной концентрации (0, 0001н – 0, 1н).

 

Берут серебряную проводку и покрывают ее на поверхности слоем хлористого серебра. Для этого серебряную проволоку подвергают анодной поляризации в 0, 1н КС1 от 2-х вольтного аккумулятора в течении 15 минут. В результате анодного растворения серебра на поверхности электрода образуется осадок АgCl одновременно проис­ходит выделение газообразного хлора, который частично остается в адсорбированном состоянии на поверхности электрода. Для удаления следов хлора электрод со свежеобразованным осадком АgCl, одновре­менно происходит выделение газообразного хлора, который частично остается в адсорбированном состоянии на поверхности электрода. Для удаления следов хлора электрод со свежеобразуемым осадком АgС1 необходимо подвергнуть катодной поляризации в том же самом сосуде, но с новой порцией раствора KС1, соединив его с отрица­тельным полюсом аккумулятора. Электролиз идет так же в течении 15 минут. После этого хлорсеребряный электрод промывается дистилли­рованной водой и помещается в электродный сосуд, рис. 3.

 

 

                

  Рис. 3 Хлорсеребряный электрод.

 

Для измерения электродного потенциала хлорсеребряного электрода составляют гальваническую цепь:

Ag| AgCl + KCl | KCl | HCl+KCl, хингидрон | Pt

                     насыщ. стандартный раствор.

Хлорсеребряный электрод по­мещают в стаканчик с насыщенным раствором хлористого калия вме­сте с хингидронным электродом. Измерение э. д. с. проводится ко­мпенсационным методом.

Измеренная э. д. с. Е _Х = Е_ИЗМ равна

Е _изм  = Е_катода - Е_анода

Е_изм = Е_хин – Е_Ag/AgCl/Cl^-

Отсюда

Е_Ag/AgCl/Cl^- = Е_хин - Е_изм

где Е_хин = Е⁰_хин – 0, 058рН (при t = 18⁰C)

Если для хингидронного электрода был взят раствор Вейбеля с рН = 2, 04, то его потенциал при 18°С:

Е_хин = 0, 6994 - 0. 058 * 2. 4 =0. 58В

Поэтому потенциал хлорсеребряного электрода будет равен:

Е_Ag/AgCl/Cl^- = 0. 58 – Е_изм

Измерять Е_Ag/AgCl/Cl следует в растворах пяти концентраций (от 0. 0001н до 0. 1н), причем следует идти от разбавленных растворов к концентрированным. Результаты измерения записать в таблицу:

 

Концентрация НСl, н	Еизм, В	ЕAg/AgCl/Cl , В
0, 00001
0, 0001
0, 001
0, 01

 

 

На основании полученных данных строится график зависимости Е_Ag/AgCl/Cl от логарифма концентрации хлористого калия и определяется значение коэффициента наклона прямой  и сравнивается с теоретическим значением  .

 

 

Необходимые приборы и реактивы: потенциометр для измерения э. д. с., серебряная проволока, Рt - электрод, аккумулятор на 2 В, 0. 1 н раствор КСl, насыщенный раствор КС1.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: