Загальна інформація
Застосування (1/2)
Повна схема установки досліду
У цьому досліді закони Фарадея підтверджуються експериментально, а також визначається стала Фарадея. Експериментальне визначення виконується через електроліз розведеної сірчаної кислоти.
Закони Фарадея - це найважливіші закономірності, які діють при кожному електролізі й лише уможливлюють кількісний опис електролізу. За кожного процесу, коли до розчину електроліту прикладено напругу, на електродах в електролізній комірці (наприклад, у хімічному стакані) відбуваються перетворення речовин. Утворення цих речовин підпорядковується законам Фарадея.
Застосування (2/2)
У першій частині досліду виконують електроліз розведеної сірчаної кислоти за сталої сили струму. Кількість утворених при цьому (в апараті для розкладу води) газів (водню й кисню) записують як функцію часу. При цьому слід вивести зв'язок між (утвореними) об'ємами газів і часом електролізу.
У другій частині досліду розведену сірчану кислоту (в апараті для розкладу) електролізують протягом певного часу (7 хвилин) за різних сил струму. При цьому слід вивести зв'язок між (утвореними) об'ємами газів і силою струму.
Додатково з виміряних даних за допомогою першого закону Фарадея слід визначити сталу Фарадея.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають знати одиниці напруги й сили струму. Крім того, вони мають бути обізнані з використовуваними приладами, а також із роботою в лабораторії.
Принцип
Електроліз підпорядковується фізичним закономірностям, які спостеріг і сформулював Фарадей. Ці закони Фарадея описують зв'язок між кількістю заряду й кількістю «виділеної» речовини в реакції електролізу. Отже, два закони Фарадея є найважливішими закономірностями електролізу.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учні знайомляться з елементарними закономірностями реакції електролізу (1-й і 2-й закони Фарадея). При цьому вони встановлюють, що при електролізі розведеної сірчаної кислоти утворені об'єми газів (кисню й водню) пропорційні часу відповідно силі струму.
Завдання
У цьому досліді учні експериментально підтверджують перший закон Фарадея, який стверджує, що кількості речовин, виділені при електролізі, пропорційні кількості заряду, що пройшла крізь електроліт (добуток сили струму й часу - за сталої сили струму). За допомогою цього рівняння учні потім визначають сталу Фарадея F.
У другій частині досліду учні розглядають другий закон Фарадея, який стверджує, що електрохімічні еквіваленти співвідносяться між собою так, як їхні еквівалентні маси.
Правила безпеки
- Аерозольний туман (розведеної сірчаної кислоти) подразнює органи дихання, причому особливо уражаються слизові оболонки верхніх дихальних шляхів.
- Не вдихати пари (аерозолі).
- Уникати потрапляння сірчаної кислоти на очі та шкіру.
- Під час виконання досліду слід носити відповідний захисний одяг і захисні окуляри.
- Щодо H- і P-фраз, будь ласка, звертайтеся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини!
Теорія
Ще у 19 ст. Майкл Фарадей зробив спостереження, що в розчині солі, крізь який проходить струм, в електролізній комірці на електродах відбувається перетворення речовини. Ця реакція (яку також називають електролізом), що при цьому відбувається, є розкладом хімічної сполуки за допомогою електричної енергії. Через підведення електричної енергії примусово відбуваються окисно-відновні реакції, причому одна реакція відбувається на катоді, а друга - на аноді.
Схематична будова електролізу
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Апарат Гофмана для розкладу води, у комплекті зі штативом і 2 платиновими електродами | MAU-25014002 | 1 |
| 2 | Прямокутний затискач | 37697-00 | 2 |
| 3 | Універсальний затискач | 37715-01 | 2 |
| 4 | PHYWE Блок живлення, універсальний, RiSU 2019 DC: 0...18 В, 0...5 А / AC: 2/4/6/8/10/12/15 В, 5 А | 13504-93 | 1 |
| 5 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 |
| 6 | З'єднувальний провідник, 750 мм, червоний | 07362-01 | 2 |
| 7 | З'єднувальний провідник, 750 мм, синій | 07362-04 | 3 |
| 8 | Демонстраційний настільний секундомір, d = 130 мм | 03075-00 | 1 |
| 9 | Мірна колба, 1000 мл, NS24/29 | 36552-00 | 1 |
| 10 | Промивалка, пластмаса, 500 мл | 33931-00 | 1 |
| 11 | Скляний стрижень, l=300 мм | 40485-05 | 1 |
| 12 | Піпетки Пастера, l=145 мм, 250 шт. | 36590-00 | 1 |
| 13 | Гумові наконечники для піпеток, 10 шт. | 39275-03 | 1 |
| 14 | Воронка, скло, верхній діам. 50 мм | 34457-00 | 1 |
| 15 | Вода дистильована | 31246-81 | 1 |
| 16 | Сірчана кислота, 0,5 моль, 1000 мл | 48462-70 | 1 |
| 17 | Електронна погодна метеостанція | 87997-10 | 1 |
Складання та виконання
Складання (1/2)
Дослід збирають згідно з рисунком 1. Для цього електроди апарата Гофмана для розкладу з'єднують із блоком живлення та з мультиметрами відповідно до рисунка в замкнене електричне коло.
Після цього апарат для розкладу води наповнюють 0,5-молярною сірчаною кислотою і цей розчин кілька хвилин електролізують силою струму щонайменше 200 мА. Завдяки цьому рідина в обох колінах насичується газами, що утворюються (воднем і киснем).
Приклад збирання установки досліду
Складання (2/2)
Після цього подачу струму переривають, і, відкривши обидва крани, коліна апарата знову повністю заповнюють рідиною.
Для діапазонів вимірювання вимірювальних приладів (мультиметрів) слід обрати 300 мА- і 30 В-. За допомогою електронної метеостанції визначають (зчитують) температуру й тиск. Ці дані потім потрібні, щоб перерахувати об'єм, визначений за звичайних лабораторних умов, на стандартні умови (0 °C, 1013 гПа).
Виконання (1/2)
У першій частині досліду спершу електролізують за закритих кранів (апарата для розкладу за Гофманом) десять хвилин зі сталою силою струму в межах від 200 до 300 мА. Одночасно з початком подачі струму запускають секундомір. Щохвилини подачу струму переривають і зчитують кількості утворених газів.
Перед цим зрівнювальну кулю щоразу переміщують доти, доки меніски рідини у відповідному коліні та в кулі не опиняться на однаковій висоті. У таблиці записують утворені об'єми газів залежно від часу. Після цього дані для опрацювання переносять у діаграму.
Виконання (2/2)
У другій частині досліду електролізують сталий проміжок часу за різних сил струму. На початку кожного окремого вимірювання спершу обидва коліна треба знову повністю заповнити розведеною сірчаною кислотою.
Тепер електролізують по 5 хвилин за сили струму 100 мА, 200 мА і 300 мА. Відповідні об'єми водню й кисню (вирівнювання тиску опусканням зрівнювальної кулі) заносять у діаграму залежно від сили струму.