Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Під електролізом розуміють розкладання хімічних сполук електричним струмом. Катод слугує донором електронів, а анод - акцептором електронів. За прикладеної напруги розчин електроліту розщеплюється: позитивно заряджені іони рухаються до катода, а негативно заряджені - до анода. Досягнувши відповідних полюсів, іони віддають/приймають електрони, і так виникає потік електронів, який можна виміряти. Електроліз застосовують для добування металів і для очищення стічних вод. Крім того, він може слугувати для гальванічного покривання.
У цьому досліді досліджують електроліз сульфату міді.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають уміти скласти просте електричне коло і розібратися в ньому. Крім того, корисно обговорити принцип електролізу ще перед дослідом. Додатково учням має бути заздалегідь зрозуміло, що сульфат натрію у воді дисоціює на іони натрію і сульфат-іони .
Принцип
У ванні, наповненій сульфатом міді, з обох кінців закріплюють електроди, до яких прикладають напругу і тим самим започатковують електроліз. На катоді утворюється мідь (відновлення), а на аноді - кисень і сірчана кислота (окиснення).
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
За допомогою цього досліду учні мають ознайомитися з принципом електролізу. Вони знають, що металеві провідники хімічно не змінюються, коли через них проходить електричний струм. Цей дослід має допомогти їм усвідомити, що хімічний склад провідних рідин змінюється під час проходження струму.
Завдання
Учні вимірюють вольт-амперну характеристику електролізної ванни з розчином сульфату міді й мідними електродами та спостерігають за видимими електрохімічними змінами електродів і ванни.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Додаткова інформація
Щоб зекономити час, рекомендовано надати експериментальним групам почищені рифлені ванночки та продірявлені картонні смужки
Важливо й для цього досліду, щоб учитель централізовано організував і проконтролював утилізацію водних розчинів, а також стежив під час досліду за дотриманням необхідних запобіжних заходів.
Утилізація
Розчини, що містять іони або солі важких металів, збирайте в позначений для цього контейнер і передавайте на належну утилізацію.
Правила безпеки
- Носіть захисні окуляри та захисні рукавички!
- Сульфат міді шкідливий при ковтанні, спричиняє подразнення шкіри та сильне подразнення очей і дуже токсичний для водних організмів із довготривалими наслідками.
- R: 22-36/38-50/53
- S: 22-60-61
Інформація для учнів
Мотивація
Очисні споруди
Електроліз - це спосіб добування та очищення металів. Електроліз використовують також для гальванічного покривання, тобто для нанесення покриттів на матеріали металевого типу.
Додатково електроліз застосовують для очищення стічних вод. За допомогою цього способу важкі метали можна відокремити від суміші стічних вод з мулом і повернути у виробництво.
У цьому досліді ти досліджуєш, як хімічно змінюється водний розчин сульфату міді під час електролізу.
Завдання
Чи змінюються хімічні властивості провідних рідин, коли через них проходить струм?
Виміряйте вольт-амперну характеристику електролізної ванни з розчином сульфату міді й мідними електродами. Спостерігайте при цьому за хімічним процесом, що відбувається.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 2 | Cobra SMARTsense - напруга, ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-00 | 1 |
| 3 | Cobra SMARTsense - сила струму, ± 1 А (Bluetooth) | 12902-00 | 1 |
| 4 | Ванночка, рифлена, без кришки, 90 x 74 x 43 мм | 34568-01 | 1 |
| 5 | Мідний електрод, 76x40 мм | 45212-00 | 2 |
| 6 | Сульфат натрію, 250 г | 48344-25 | 1 |
| 7 | Скляний стрижень, l=200 мм, d=5 мм | 40485-03 | 1 |
| 8 | Затискач типу "Крокодил", без ізоляції, 10 шт. | 07274-03 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 2 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 13 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання (1/2)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/2)
- Зберіть дослід відповідно до схеми з'єднань і рисунків.
- Начисто натріть мідні електроди чистильною губкою. У складних випадках почистіть щіткою зі сталевої або цинкової вати.
- Наповніть очищену рифлену ванночку приблизно на дві третини дистильованою водою, повільно всипте у воду приблизно пів ложки сульфату натрію так, щоб не утворювалися грудки, і перемішайте.
- Встановіть регулятор напруги на блоці живлення на , обмеження струму - на , потім увімкніть блок живлення.
Виконання (1/3)
- Увімкніть обидва датчики SMARTsense тривалим натисканням кнопки живлення і переконайтеся, що планшет може з'єднуватися з пристроями Bluetooth.
- Відкрийте PHYWE measure App і під'єднайте датчик у розділі "Measure" > "Sensor", а потім виберіть датчики "Current" і "Voltage" (угорі ліворуч).
- Виберіть частоту опитування на свій розсуд. Що вона вища, то точнішим буде вимірювання.
- Призначте осі напругу і силу струму.
- Після кожного з наступних вимірювань вимірювання можна зберегти. Для подальшого аналізу вимірювання будь-коли можна знову відкрити в розділі "Мої вимірювання".
Виконання (2/3)
- Підвищуйте напругу кроками від до , доки не буде досягнуто ; після кожного кроку чекайте . При цьому має вийти приблизно такий перебіг, як на рисунку.
- Постійно спостерігайте за електродами!
- Завершіть вимірювання, збережіть його і відкрийте виміряні значення для подальшого аналізу в розділі мої вимірювання. Щоб добре розгледіти перебіг струму, скористайтеся інструментом "Zoom".
- Знову зменшіть напругу.
- Вийміть мідні пластини з розчину і роздивіться їх. Запишіть свої спостереження.
Перебіг вимірювання
Виконання (3/3)
- Тепер призначте осі напругу, а осі - силу струму. Повторіть дослід.
- Потім збережіть дані і відкрийте їх у розділі "Вимірювання" для подальшого аналізу. Уважно роздивіться графік.
- Насамкінець утилізуйте розчин сульфату міді, почистіть електроди й рифлену ванночку - знову натріть губкою - і після цього ретельно вимийте руки.
Протокол
Завдання 1
Питання
Опишіть свої спостереження на аноді й катоді.
Завдання 2
Поясніть процес, який спостерігали на катоді. Перетягніть слова у правильні поля! Na_2SO_4 ____: Na_2SO_4 \rightarrow 2\, Na^+ + SO_4^{2−}. Na^+-іони мігрують до ____ і забирають по одному ____: Na^+ + e^− \rightarrow Na. Na розщеплює ____: 2\, Na + 2\, H_2O \rightarrow 2\, NaOH + H_2\uparrow . ____ дисоціює: NaOH \rightarrow Na^+ + (OH)^−. Бульбашки газу складаються з ____.
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання