Загальна інформація
Опис
Експериментальна установка
У цьому експерименті досліджується електроліз хлориду свинцю(ІІ) з розплавленою сіллю, де хлор осаджується на аноді, а свинець - на катоді.
Рідкий свинець збирається в нижній частині V-подібної трубки, тоді як хлор подається в промивну пляшку через бічну насадку. Там він виявляється шляхом знебарвлення крохмального розчину йодиду калію.
Додаткова інформація (1/4)
Попередні знання
Студенти вже повинні бути знайомі з електролізом в теорії і, зокрема, з електролізом плавлених солей.
Принцип
При електролізі розплавленої солі два електроди розміщують у розплавленому електроліті і під'єднують до джерела напруги (постійного струму). Позитивно заряджені катіони (з розплаву) мігрують до негативного полюса (катода) джерела струму, які відновлюються на електроді. Позитивний полюс (анод) притягує негативно заряджені іони (аніони), внаслідок чого вони окислюються. Таким чином, на катоді відбувається відновлення, а на аноді - окислення.
Додаткова інформація (2/4)
Мета навчання
Під час цього експерименту учні дізнаються про електроліз розплавленої солі.
Завдання
Студенти та учні досліджують електроліз хлориду свинцю (ІІ) з розплавленої солі.
Додаткова інформація (3/4)
Примітки
Щоб повністю видалити розплавлену сіль з V-подібної трубки, помістіть її в киплячу воду. Хлорид свинцю(ІІ) добре розчиняється в гарячій воді. Ви також можете заповнити V-подібну трубку вдвічі або втричі більшою кількістю солі. Це зробить колір хлору і кількість свинцю, що осаджується, більш зрозумілими для учнів. Однак у контексті запобігання утворенню відходів, особливо важких металів, це недоцільно. Як альтернативу хлориду свинцю можна використовувати гідроксид натрію. При цьому утворюються кисень і натрій. У той час як кисень можна зібрати пневматично і виявити за допомогою тліючої скіпки, з елементарним натрієм виникають певні проблеми. Його можна виявити за характерною бурхливою реакцією з водою і отриманим в результаті основним значенням pH. Однак видалити натрій з V-подібної трубки без залишків гідроксиду натрію проблематично. Загалом, електроліз розплавленої солі з хлоридом свинцю є більш ілюстративним. На додаток до процедури з гідроксидом натрію, необхідно виконати наступні дії:
Додаткова інформація (4/4)
Ванна 34563-00 1
Вставка для ванн 34567-00 1
Циліндр для штатива 34217-00 1
Розчин фенолфталеїну, 1%, 100 мл 31714-10 1
Скіпка 39126-20 1
Для цього, наступні позиції будуть вилучені:
Затискач, d = 18...25 мм 45520-00 2
Затискач, d = 8...10 мм, поворотний 45522-00 1
Триходовий клапан, Т-подібний 36731-00 1
Пробірка , GL 25/8 36330-15 1
Трубка скляна, l = 150 мм, 1 36701-64 1
Пробірка для промивання, GL 25/8 36699-00 1
Чашка для випаровування, d = 100 мм 32518-00 1
Мензурка, 250 мл, висока форма 36002-00 3
Промивалка, 500 мл 33931-00 1
Скляна воронка, = 80 мм 34459-00 1
Фільтр круглий, d = 110 мм, 32977-04 1
Скляний стрижень, d = 4 мм, l = 200 мм 40485-02 1
Хлорид свинцю(ІІ), 250 г 31117-25 1
Крохмаль, розчинний, 100 г 30227-10 1
Калій йодистий, 50 г 30104-05 1
Тіосульфат натрію пентагідрат, 250 г 30169-25 1
Інструкції з техніки безпеки (1/2)
- Під час експерименту всі особи, які перебувають у приміщенні, повинні носити захисні окуляри та рукавички!
- Під час експерименту в експериментальній установці утворюється токсичний і їдкий газ хлор. Однак, оскільки він збирається на одному кінці приладу скляною трубкою, заповненою розчином гідроксиду натрію як адсорбційним розчином, експеримент також можна проводити поза витяжною шафою з належною обережністю.
- Правила роботи з небезпечними речовинами наведено у відповідних паспортах безпеки.
- До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.
Інструкції з техніки безпеки (2/2)
- В результаті електролізу утворюється токсичний метал свинець. Він також шкідливий для здоров'я при ковтанні та вдиханні пилу, може зашкодити дитині в утробі матері та потенційно вплинути на репродуктивну здатність.
- Хлорид свинцю (II) шкідливий при вдиханні та прийомі всередину і може завдати шкоди майбутній дитині та потенційно вплинути на репродуктивну здатність.
- Існує ризик кумулятивного ефекту. Уникайте впливу. Отримати спеціальні інструкції перед використанням.
Теорія
Електроліз розплавлених солей - це виробничий процес, який в основному використовується для отримання неблагородних металів або елементів, нестабільних у водному розчині. Електроліз розплавлених солей (як і будь-який інший електроліз) - це окисно-відновна реакція, що протікає під дією електричної енергії.
Електроліз розплавленої солі - це спеціальний процес для отримання основних і дуже реакційноздатних речовин. На відміну від інших (класичних) процесів електролізу, в електролізі розплавленої солі не використовується розчин, що містить воду. Замість цього в якості електроліту використовується розплавлена сіль.
При електролізі розплавленої солі два електроди занурюють у розплавлений електроліт і під'єднують до джерела напруги (постійного струму).
Позитивно заряджені катіони (розплаву) мігрують до негативного полюса (катода) джерела струму і відновлюються на електроді. Позитивний полюс (анод) притягує негативно заряджені іони (аніони), які окислюються. Таким чином, на катоді відбувається відновлення, а на аноді - окислення.
Обладнання
Підготовка та виконання роботи
Подготовка (1/2)
Перед початком експерименту слід приготувати розчин крохмалю/йодиду.
- Для цього розчиніть столову ложку крохмалю в склянці з приблизно 50 мл води. Потім коротко прокип'ятіть розчин один раз і процідіть його гарячим.
- Додайте до охолодженого розчину на кінчику шпателя йодид калію. Якщо крохмаль майже повністю розчинився в холодній воді, кип'ятіння зовсім не обов'язкове.
- Трохи більш концентрований розчин гідроксиду натрію готується шляхом розчинення достатньої кількості гідроксиду натрію приблизно в 50 мл води.
Подготовка (2/2)
- Для проведення повного експерименту прикріпіть тримачі до пластини, як показано на рисунку вгорі праворуч.
- Потім заповніть V-подібну трубку трьома ложками хлорного вапна і зберіть установку, як показано на рисунку внизу праворуч. Вона прикріплена до тримачів.
- Наповніть пробірку з бічним кріпленням приблизно на дві третини підготовленим розчином крохмалю/йодиду і заповніть промивну пляшку для газів приблизно наполовину концентрованим розчином гідроксиду натрію.
Виконання роботи
- Ліва частина V-подібної трубки закрита глухою насадкою, електроди ще не вставлені. Тепер інтенсивно нагрійте хлорид свинцю за допомогою пальника, поки він не розплавиться.
- Потім відрегулюйте газовий пальник так, щоб розплав не застигав, і засипте більше хлорного вапна в V-подібну трубку, поки розплав не досягне висоти кута приблизно 1 см (стежте за тим, щоб скляна трубка не розплавилася, оскільки при охолодженні вона може тріснути). Тепер занурте електроди в розплав і проводьте електроліз при силі струму близько 4 А.
- Після зміни кольору в пробірці відрегулюйте триходовий кран так, щоб газ, який утворюється, міг виходити тільки через розчин гідроксиду натрію. Тепер продовжуйте електроліз до тих пір, поки не утвориться достатня кількість продуктів.
- Після представлення результату приберіть газовий пальник і помістіть ще гарячий хлорид свинцю в термостійкий посуд для випарювання (інакше V-подібна трубка може тріснути через розширення солі, спричинене охолодженням).
Оцінка
Оцінка (1/5)
Спостереження
При нагріванні білий хлорид свинцю перетворюється на жовту розплавлену сіль. Якщо температура занадто висока, частина хлориду свинцю сублімується і випадає в осад у вигляді білого диму далі по V-подібній трубці. Після початку електролізу з правого боку утворюється жовто-зелений газ, а з лівого - блискуча металева рідина. Газ забарвлює розчин у пробірці від синього до темно-синього. Розчин у промивній пробірці не змінює кольору. Метал збирається у вигляді крапель у коліні пробірки.
Сіль розкладається на складові. На аноді утворюється хлор, а на катоді - свинець:
Окислення (анод):
Відновлення (катод):
Оцінка (2/5)
Хлор окислює йодид-іони до йоду, який утворює з крохмалем синій комплекс, що при дуже високих концентраціях набуває відтінку від синього до чорного:
Їдкий натр слугує для поглинання надлишкового газу хлору. У процесі хлор диспропорціонує на гіпохлорит натрію і хлорид натрію. Утворений йод відновлюється тіосульфатом натрію до йодиду, і розчин виливається в раковину.
Оцінка (3/5)
Вставте слова у тексті! При нагріванні "білий" ____ плавиться до "жовтої" розплавленої солі. Якщо температура занадто висока, частина хлориду свинцю ____ і випадає у вигляді білого диму далі по V-подібній трубці. Після початку ____ з правого боку утворюється ____ газ, а з лівого - блискуча металева рідина. Газ забарвлює розчин у пробірці від синього до темно-синього. Розчин у промивалці ____ змінює колір. Метал збирається у вигляді крапель у коліні пробірки.
Оцінка (4/5)
Питання
Оцінка (5/5)
Питання