Електроліз

Експериментальна установка

Електроліз - один з основних процесів виробництва багатьох металів, наприклад, міді або лужних металів. Електроліз - це примусова окисно-відновна реакція, яка відбувається під дією електричної напруги. Зазвичай "простий" електролізний апарат складається з джерела постійного струму, двох електродів та електроліту.

У цьому експерименті учні досліджують електроліз на прикладі міді. Для цього два (металеві) мідні електроди занурюють у розчин сульфату міді (електроліт) і під'єднують до джерела постійної напруги.

Попередні знання

Учні вже повинні бути знайомі з принципом електролізу. Вони також повинні знати про перенесення заряду, силу струму та електропровідність.

Принцип

Електроліз - це окисно-відновна реакція, в якій електрони переміщуються від одного електрода до іншого (від анода до катода), створюючи таким чином елементарні молекулярні речовини. Катіони з електроліту мігрують до анода і забирають електрони, аніони мігрують до катода і віддають електрони.

Мета навчання

Цей експеримент призначений для того, щоб дати учням уявлення про численні процеси, пов'язані з перенесенням заряду за допомогою розчинених іонів.

Завдання

Учні проводять електроліз за допомогою рифленої ванночки. Електролізна ванночка складається з розчину сульфату міді та мідних електродів. Учні спостерігають видимі електрохімічні зміни на електродах та у ванні.

• Одягніть захисні окуляри та рукавички.
• 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.

Алюмінієва банка для напоїв

Щодня Ви використовуєте багато металів - бляшанки для напоїв, плати у Вашому комп'ютері, оцинковані садові хвіртки. Багато з цих металів виникають завдяки електролізу: одного з основних процесів виробництва багатьох металів.

Одним з таких металів є, наприклад, алюміній, який є дуже важливим будівельним матеріалом для промисловості завдяки своїй малій вазі та водночас міцності. За допомогою так званого електролізу плавленої солі оксид алюмінію, що міститься в природних бокситах, можна відновити до чистого алюмінію.

1. Проведіть електроліз за допомогою сконструйованого електролізера.
2. Запишіть свої спостереження.

• Очистіть два мідні електроди. За необхідності використовуйте сталеву вату або наждачний папір і відчистіть їх дочиста.
• Якщо необхідно, приготуйте розчин сульфату міді (рисунок угорі праворуч).
  • Додайте до 100 мл демінералізованої води приблизно 0,8 г купрум(ІІ) сульфату пентагідрату (.
  • Розмішайте розчин до повного розчинення порошку.
  • Вода має набути злегка блакитного кольору (рисунок внизу праворуч).

Розчин сульфату міді

• Спочатку змішайте електроліт. Для цього додайте приблизно 85 мл розчину мідного купоросу і 15 мл сірчаної кислоти в рифлену ванночку.
• Тепер зважте два мідні листи, які використовуються в якості електродів.
• Налаштуйте електролізер, як показано на рисунку праворуч.
  • Поки що не замикайте електричне коло!
  • Електроди, а також затискачі типу "крокодил" на електродах не повинні торкатися один одного в рифленій ванночці, а повинні знаходитися близько один до одного.

Експериментальна установка

• Замкніть електричне коло.
• Обов'язково зверніть увагу, який електрод, тобто яка мідна пластина, з'єднана з позитивним, а який з негативним полюсом батареї. Якщо піднімаються пари, не вдихайте їх!
• Увімкніть вольтметр і встановіть на ньому постійну напругу.
• Дайте електролізу тривати 10 хвилин і запишіть значення, яке показує вольтметр.

Електроди не повинні торкатися один одного.

• Зупиніть електроліз і зачекайте, поки вода охолоне.
• Вимийте обидва електроди, висушіть їх і уважно подивіться на них. Що Ви спостерігали?
• Запишіть свої спостереження.

Якщо придивитися уважніше, то можна побачити перші бульбашки газу між електродами.