Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Закони Фарадея часто називають основними законами електролізу, оскільки вони описують процес електролізу.
У цьому експерименті учні вивчають 2-й закон Фарадея на прикладі електролізу, який стверджує, що маса елемента, осадженого певною кількістю заряду, пропорційна атомній масі осадженого елемента і обернено пропорційна його валентності.
(Джерело: Майкл Фарадей: Експериментальні дослідження з електрики. Сьома серія. Філософські праці Лондонського королівського товариства. Том 124, січень 1834, с. 77-122)
Додаткова інформація для викладачів (1/2)
Попередні знання
Учні вже повинні бути знайомі з принципом електролізу. Вони також повинні бути знайомі з перенесенням заряду, силою струму і провідністю. Крім того, вони повинні мати базові теоретичні знання про закони Фарадея.
Принцип
Другий закон Фарадея, опублікований Майклом Фарадеєм у 1834 році, стверджує, що маса елемента, осадженого певною кількістю заряду, пропорційна атомній масі осадженого елемента і обернено пропорційна його валентності (тобто кількості одновалентних атомів, які можуть з'єднуватися з цим елементом). (Джерело: Майкл Фарадей: Експериментальні дослідження з електрики. Сьома серія. Філософські праці Лондонського королівського товариства. Том 124, січень 1834, с. 77-122)
Додаткова інформація для викладачів (2/2)
Мета навчання
Учні експериментально знайомляться з другим законом Фарадея і доводять його справедливість.
Завдання
Учні проводять електроліз з двома послідовно з'єднаними елементами. Для цього вони визначають кількість осаду на мідному та срібному елементах і порівнюють кількість осаду на кожному з електродів.
Інструкції з техніки безпеки
- Використовуйте 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.
Інформація для учнів
Мотивація
Алюмінієва банка для напоїв
Закони Фарадея були відкриті та описані Майклом Фарадеєм у 1834 році. Вони лежать в основі електролізу, який ми знаємо сьогодні.
Закони Фарадея описують взаємозв'язок між підведеною енергією і кількістю матеріалу, що осаджується під час електролізу. Другий закон Фарадея описує взаємозв'язок між кількістю осадженої речовини та її валентністю. Кількість речовини, що осаджується, обернено пропорційна валентності.
Щоб продемонструвати цей принцип, у цьому експерименті одночасно електролізують одновалентне срібло і двовалентну мідь (або їхні розчини).
Завдання
- Дослідіть електроліз металів різної валентності або розчинів солей металів.
- Проведіть електроліз за допомогою двох послідовно з'єднаних гальванічних елементів (перший - з двома мідними електродами, другий - з двома срібними).
- Зважте всі електроди до і після електролізу та порівняйте значення.
- Який зв'язок між кількістю осадженого матеріалу і валентністю металу (або розчину солі металу)?
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Захисні окуляри, прозорі | 39316-00 | 1 |
| 2 | Цифровий мультиметр, 750В AC/DC, 10A AC/DC, 40МОм, 100мФ, 30 МГц, -20...1000°C, автодіапазон | 07123-12 | 1 |
| 3 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 250 мм, червоний | 07355-01 | 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 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 2 |
| 7 | Перехідний штекер, гніздо 4 мм/ 2 мм, 2 шт. | 11620-27 | 1 |
| 8 | Набір електродів (Al, Fe, Pb, Zn, Cu) | 07856-00 | 2 |
| 9 | Срібло, листовий метал, 40x40x0,2 мм, 1 шт. приблизно 3 г на листовий метал | CHE-881317792 | 2 |
| 10 | Купрум (ІІ) сульфат-5-гідрат | 30126-25 | 1 |
| 11 | Нітрат срібла, 25 г | 30222-04 | 1 |
Підготовка (1/2)
- Очистіть два мідні електроди. Якщо потрібно, використовуйте сталеву вату або наждачний папір і зачистіть їх дочиста.
- Зважте мідний і срібний електроди. Якщо потрібно, промаркуйте обидва електроди.
- За необхідності приготуйте розчин сульфату міді.
- Додайте до 50 мл дистильованої води приблизно 0,4 г купрум(ІІ) сульфату пентагідрату ().
- Перемішуйте розчин до повного розчинення порошку.
- Вода повинна бути злегка блакитного кольору (рисунок внизу праворуч).
Вода набуває блакитного кольору
Підготовка (2/2)
Прикріплення електродів до обідка склянки.
- Налийте 45 мл розчину мідного купоросу в першу склянку і 50 мл розчину нітрату срібла в другу склянку.
- Приєднайте мідні електроди до склянки з розчином мідного купоросу за допомогою затискачів типу "крокодил", а срібні електроди - до склянки з розчином нітрату срібла. Переконайтеся, що ні електроди, ні затискачі не торкаються один одного!
- Виконайте решту експерименту, як показано на рисунку експериментальної установки, з'єднавши дві батареї послідовно. Поки що не замикайте коло!
- За бажанням, можна включити мультиметр для вимірювання напруги або струму.
Виконання роботи (1/2)
- Замкніть електричне коло, підключивши до нього батарею. Після замикання електричного кола зафіксуйте час початку реакції.
- Переконайтеся, що мідні електроди підключені до позитивного полюса, а срібні - до негативного полюса батареї. Не вдихайте пари, якщо вони піднімаються вгору!
- Якщо між ними підключений мультиметр, увімкніть його (паралельно для вимірювання напруги, послідовно для вимірювання сили струму).
Налаштування експерименту без підключеного мультиметра.
Виконання роботи (2/2)
- Дайте електролізу протікати протягом 10 хвилин.
- Зупиніть електроліз - вимкніть акумулятор і зачекайте, поки рідини охолонуть.
- Вимийте чотири електроди, висушіть їх і зважте. Визначте зміну маси. Переконайтеся, що речовини, які осаджуються, лише слабо прилипають до них і легко і швидко відпадають.
- Запишіть свої спостереження.
Експериментальна установка з паралельно підключеним мультиметром для вимірювання напруги.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання