Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Електроліз - це ключовий спосіб добування багатьох металів, зокрема міді чи лужних металів. Ідеться про вимушену окисно-відновну реакцію, яка відбувається завдяки підведенню електричної енергії. Проста установка для електролізу складається з джерела постійної напруги, двох електродів і електроліту.
У цьому досліді електроліз досліджують на прикладі міді. Для цього учні занурюють два металеві мідні електроди в розчин купрум(II) сульфату (електроліт) і з'єднують їх із джерелом постійної напруги.
Інша інформація для вчителя (1/4)
Попередні знання
Учні мають бути вже обізнані з принципом електролізу. Також вони мають бути вже обізнані з перенесенням заряду, силою струму та провідністю.
Принцип
Електроліз - це вимушена окисно-відновна реакція, у якій за допомогою електричної енергії хімічні сполуки розкладають на складники. При цьому електричний струм тече крізь розчин електроліту або розплав. При цьому електрони течуть від анода до катода. Катіони з електроліту рухаються до анода і приймають там електрони, а аніони рухаються до катода і віддають електрони.
Інша інформація для вчителя (2/4)
Навчальна мета
Цим дослідом учні мають дістати уявлення про різноманітні процеси під час перенесення заряду розчиненими йонами.
Завдання
Учні виконують електроліз у рифленій ванночці. Електролізна ванна складається при цьому з розчину купрум(II) сульфату і мідних електродів. Вони спостерігають видимі електрохімічні зміни електродів і ванни.
Інша інформація для вчителя (3/4)
Під час електролізу на додатному електроді (аноді) помітна зміна поверхні, тоді як на від'ємному електроді (катоді)осідає металічна мідь.
На аноді атоми міді окиснюються до йонів міді: . На катоді йони міді знову відновлюються до елементарної міді: .
Якщо джерело напруги(наприклад, батарею) вимкнути, дрібнодисперсна осаджена мідь легко відділяється від електрода.
Інша інформація для вчителя (4/4)
Розчини можна приготувати одразу на всіх, щоб заощадити реактиви!
- Розчин купрум(II) сульфату : Додайте купрум(II) сульфату до дистильованої води. Добре перемішайте і долийте дистильованою водою до .
Для такого обсягу приготування можна взяти хімічний стакан на . Ви знайдете його в інтернет-крамниці PHYWE.
Правила безпеки
- Для цього досліду діють загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.
- Під час досліду всі присутні в приміщенні мають бути в захисних окулярах!
- Щодо H- і P-фраз зверніться, будь ласка, до паспорта безпеки відповідного реактиву.
Інформація для учнів
Мотивація
Метали трапляються тобі всюди в щоденні - у банках з-під напоїв, на комп'ютерних платах чи в оцинкованій садовій хвіртці. Але чи замислювався ти коли-небудь, як ці метали взагалі добувають?
Важливий спосіб для цього - електроліз. Його застосовують, щоб добувати з їхніх сполук багато металів, наприклад алюміній - легкий і міцний метал, який є в автомобілях, літаках і предметах щоденного вжитку. Так званим електролізом розплаву алюміній оксид, що міститься в руді бокситі, перетворюють на чистий алюміній.
Завдання
Як за допомогою електричного струму можна осадити метал?
- Склади установку для електролізу і почни електроліз.
- Виміряй напругу і поспостерігай, що відбувається на обох електродах.
- Заверши електроліз і дослідь електроди. Що змінилося?
- Запиши свої спостереження.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense Voltage - Датчик для вимірювання електричної напруги ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-01 | 1 |
| 2 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 250 мм, червоний | 07355-01 | 1 |
| 3 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 250 мм, синій | 07355-04 | 1 |
| 4 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, червоний | 07356-01 | 1 |
| 5 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, синій | 07356-04 | 1 |
| 6 | Мідний електрод, 76x40 мм | 45212-00 | 2 |
| 7 | Ванночка, рифлена, без кришки, 90 x 74 x 43 мм | 34568-01 | 1 |
| 8 | Плоска батарея, 4,5 В, 3R 12 DIN 40869 | 07496-01 | 1 |
| 9 | Перехідний штекер, гніздо 4 мм/ 2 мм, 2 шт. | 11620-27 | 1 |
| 10 | Затискач типу "Крокодил", з ізоляцією, 2 мм, 2 шт. | 07275-00 | 2 |
| 11 | Купрум (ІІ) сульфат-5-гідрат | 30126-25 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 250 мм, червоний | 07355-01 | 1 |
| 13 | Вода, демінералізована, чиста, 10000 мл | CHE-882041145 | 1 |
| 14 | Захисні окуляри, прозорі | 39316-00 | 1 |
| 15 | Сірчана кислота, 0,5 моль, 1000 мл | 48462-70 | 1 |
Складання (1/5)
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 (2/5)
Розчини можна приготувати одразу на всіх, щоб заощадити реактиви!
- Розчин купрум(II) сульфату : Додай купрум(II) сульфату до дистильованої води. Добре перемішай і долий дистильованою водою до .
Складання (3/5)
- Роздивися обидва мідні електроди: якщо метал окиснився під час зберігання, візьми шматок наждачного паперу, щоб зняти оксидний шар.
- Приготуй свій електроліт. Налий у рифлену ванночку прибл. розчину купрум(II) сульфату, а потім сірчаної кислоти .
- Розмісти мідні електроди так, щоб вони не торкалися один одного (див. рисунок).
Складання 4/5)
Складання (4/5)
Зважай далі на колір з'єднань: синє (мінус) завжди до синього (чорного), а червоне (плюс) завжди до червоного!
З'єднай провідники через перехідні штекери з давачем Cobra SMARTsense Voltage.
Складання (5/5)
Склади тепер установку для електролізу так, як показано на рисунку праворуч.
- З'єднай давач Cobra SMARTsense Voltage за допомогою затискачів «крокодил» із мідними електродами.
- Приєднай до затискачів «крокодил» на електродах ще по одному з'єднувальному провіднику, а на його вільний кінець теж почепи затискач «крокодил».
Затискачі «крокодил» поки що нез'єднуй із батареєю.
Виконання (1/3)
- Запусти measureAPP на мобільному пристрої.
- Натисни на датчику кнопку «Пуск» приблизно на 3 секунди.
- Приєднай датчик, торкнувшись поряд з описом датчика в measureAPP.
- Налаштуй показ виміряних значень, торкнувшись над діаграмою.
Виконання (2/3)
- Тепер приєднай затискачі «крокодил» до батареї. Синє (мінус) завжди до синього (чорного), а червоне (плюс) завжди до червоного!
- Простеж, щоб записати, який електрод, тобто яка мідна пластинка, приєднаний до плюса, а який - до мінуса батареї. Якщо підніматимуться випари, не вдихай їх!
- Дай електролізу йти 10 хвилин і запиши значення, яке показує вольтметр.
- Оціни на дотик по рифленій ванночці, чи змінилася температура розчину.
Виконання (3/3)
- Заверши електроліз і зачекай, доки вода охолоне.
- Обмий обидва електроди, висуши їх і уважно роздивися. Що ти можеш помітити?
- Запиши свої спостереження.
Придивившись уважно, можна помітити перші бульбашки газу між електродами.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання