Загальна інформація
Застосування
У цьому досліді воду за допомогою електричної енергії розкладають на водень і кисень.
Оскільки в цій реакції утворюється кисень, учні та студенти розуміють, що вода належить до класу речовин оксидів. Тому в хімічній фаховій мові воду називають також гідроген оксидом.
Розклад хімічної сполуки загалом називають аналізом. Оскільки під час розкладу води використовують електричну енергію, цей особливий вид аналізу називають також електролізом.
Схема досліду
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні та студенти вже мають бути обізнані з теоретичним принципом електролізу та перебігом окисно-відновних реакцій.
Принцип
Під час простого електролізу (наприклад, води) складають електролізну комірку, яка складається з 2 однакових електродів (найчастіше графітових або платинових) і яку занурюють у розчин (електроліту). У цьому досліді як розчин електроліту використовують розчин гідроксиду натрію. Він має призначення зробити воду "краще" провідною. Провідність (дист.) води в цьому досліді була б така мала, що електроліз відбувався б дуже повільно.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні та студенти в цьому досліді дізнаються, що воду можна розкласти за допомогою електричної енергії на водень і кисень.
Завдання
У цьому досліді учні та студенти досліджують, що відбувається, коли вони за допомогою батарейки на 4,5 вольта пропускають струм через воду. Для цього вони складають електролізну комірку (за допомогою хімічного стакана) з 2 графітовими електродами. Як розчин електроліту використовують розведений розчин гідроксиду натрію.
Правила безпеки
- Розчин гідроксиду натрію діє роз'їдально. Бризки на шкірі й одязі змивати великою кількістю води.
- Під час досліду утворюються вибухонебезпечні суміші.
- Слід стежити за правильним під'єднанням електродів.
- Пробірки з утвореними газами не можна переплутати, щоб пробу з тліючою скіпкою не було виконано з воднем.
- Щодо H- і P-фраз звертайтесь, будь ласка, до відповідних паспортів безпеки.
- Для цього досліду діють загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Деякі важливі елементи, як-от водень, трапляються в природі лише у вигляді сполук. Щоб усе ж отримати ці елементи (які не можна добути за допомогою синтезу), беруть відповідні сполуки й розкладають їх на окремі складники (= аналіз).
Для багатьох із цих процесів використовують електричну енергію, щоб розкласти хімічні сполуки. Ці процеси називають електролізом. Електроліз сьогодні є важливим промисловим способом добування речовин, отримання яких суто хімічними процесами (як, наприклад, для водню або металів) було б дорожчим або майже неможливим.
Тому електроліз завжди потребує джерела постійної напруги (наприклад, батарейки), яке дає електричну енергію для розкладу сполуки.
Обладнання
Складання та виконання
Складання та виконання (1/3)
- Склади штатив згідно з рисунком праворуч. На половині висоти штатива обережно закріпи U-подібну трубку. З'єднай за допомогою шматків шланга бічні відводи U-подібної трубки зі скляними трубочками із загостреним кінцем ("газовідвідні трубки").
- Наповни обидва хімічні стакани на дві третини водопровідною водою і постав обидва хімічні стакани під газовідвідні трубки. Опусти при цьому U-подібну трубку так, щоб газовідвідні трубки сягали дна хімічного стакана.
- Тепер наповни дві пробірки по вінця водопровідною водою і постав їх у штатив для пробірок.
Схема досліду
Складання та виконання (2/3)
- Наповни U-подібну трубку приготованим розчином гідроксиду натрію до рівня нижче бічних відводів. Обережно вкрути вугільні електроди (змастивши гліцерином для ковзання) у гумові корки і встав обидва електроди в U-подібну трубку. Приєднай при цьому лівий електрод як катод (-), а правий як анод (+).
- Після того як обидва електроди з'єднано з батарейкою, подай напругу приблизно на одну хвилину. Потім від'єднай батарейку, вийми наповнені водою пробірки зі штатива для пробірок, закрий пробірки великим пальцем і надінь їх перевернутими на кінці газовідвідних трубок. При цьому слід стежити, щоб вода не витекла.
Складання та виконання (3/3)
- Тепер знову подай напругу, збираючи при цьому утворювані гази в окремі пробірки, доки одна з пробірок не наповниться повністю. Щойно одна з пробірок повністю наповниться газом, вимкни блок живлення й порівняй утворені кількості газу в обох пробірках.
- Під час електролізу води утворюються водень і кисень. Обидва гази можна виявити відносно простими методами. При цьому проба на гримучий газ слугує для виявлення водню, а проба з тліючою скіпкою має виявити кисень. Щоб виявити обидва утворені гази, виконай із газом, зібраним на катоді, пробу на гримучий газ, а з газом, зібраним на аноді, - пробу з тліючою скіпкою.
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/6)
Для кожного електролізу потрібне джерело напруги (постійної напруги). Джерело напруги створює при цьому нестачу електронів на аноді та надлишок електронів на катоді й тим самим спричиняє перенесення електронів, що й зумовлює електроліз.
Учням слід указати на те, що в цьому випадку електролізу піддають не (дистильовану) воду, а розведений розчин гідроксиду натрію. Результат, однак, той самий, що й за чистого електролізу води. При цьому відбуваються такі процеси:
Утворені під час електролізу продукти - водень і кисень - перевіряють за допомогою поширених методів виявлення (проба з тліючою скіпкою і проба на гримучий газ), завдяки чому учні та студенти поглиблюють свої експериментальні знання про поширені методи виявлення.
Опрацювання результатів (2/6)
Спостереження 1
Після подання напруги на обох електродах утворюються бульбашки газу. Через газовідвідні трубки утворений газ переходить у пробірку і збирається у відповідній пробірці. При цьому можна спостерігати, що на катоді утворюється вдвічі більше газу, ніж на аноді. Це чітко видно при порівнянні обох наповнених пробірок.
Спостереження 2
- Виявлення кисню за допомогою проби з тліючою скіпкою дає позитивний результат. Під час занурення тліючої дерев'яної скіпки в пробірку з газом, який утворився на аноді, тліюча скіпка розжарюється або спалахує.
- Виявлення водню за допомогою проби на гримучий газ теж дає позитивний результат. Якщо піднести пробірку з газом, який утворився на катоді, до пальника Бунзена, газ "згоряє" зі свистячим звуком
Опрацювання результатів (3/6)
Питання
Опрацювання результатів (4/6)
Питання
Опрацювання результатів (5/6)
Питання
Опрацювання результатів (6/6)
Питання