ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

• До змісту відповідей

ПІДГОТОВКА ДО ЕКСПЕРИМЕНТУ

1. З першого закону Фарадея для електролізу ($m = k \cdot I \cdot t$) отримайте формулу для визначення електрохімічного еквівалента.

Для визначення електрохімічного еквівалента необхідно обидві частини рівняння першого закону Фарадея поділити на добуток сили струму та часу його проходження:
$k = \dfrac{m}{I \cdot t}$

2. Запишіть план проведення експерименту щодо визначення електрохімічного еквівалента.

План проведення експерименту складається з таких етапів:

1. Підготовка електродів: очищення, промивання та маркування того, що буде катодом.
2. Визначення початкової маси катода за допомогою терезів.
3. Складання електричного кола, що містить джерело струму, амперметр, реостат, ключ та електролітичну ванну.
4. Проведення процесу електролізу протягом визначеного інтервалу часу при незмінній силі струму.
5. Виймання катода, його промивання, висушування та повторне зважування для визначення кінцевої маси.
6. Обчислення маси міді, яка виділилася на катоді, та розрахунок електрохімічного еквівалента за отриманими даними.

ЕКСПЕРИМЕНТ

1. Закріпіть електроди в тримачі (рис. 1).

Електроди надійно зафіксовані в тримачі паралельно один одному відповідно до наведеного рисунка 1.

2. Занурте електроди, закріплені в тримачі, в розчин електроліту на 2–3 хв, потім дістаньте їх і промокніть серветкою.

Електроди були витримані в розчині купрум(II) сульфату протягом необхідного часу, після чого їх вийнято та залишки вологи видалено паперовою серветкою.

3. Вийміть один з електродів із тримача. На верхній частині електрода зробіть будь-яку позначку — цей електрод слугуватиме катодом.

З тримача вийнято один електрод, на верхню частину якого нанесено позначку для ідентифікації його як катода під час подальших вимірювань та підключення.

ЕКСПЕРИМЕНТ

4. Зважте електрод із позначкою з точністю до 10 мг і знову закріпіть електрод у тримачі.

Маса катода до початку досліду $m_0$ становить 15,20 г.

5. Складіть електричне коло за схемою на рис. 2.

Електричне коло зібрано шляхом послідовного з’єднання джерела постійного струму, ключа, амперметра, реостата та електролітичної ванни.

6. Занурте електроди в розчин купрум(II) сульфату, замкніть ключ і за допомогою реостата встановіть силу струму в колі не більше 1 А. Зафіксуйте час початку електролізу.

Після замикання кола за допомогою реостата встановлено силу струму 0,5 А та зафіксовано час початку процесу.

7. Здійснюйте електроліз протягом 15 хв, увесь час слідкуючи за показником амперметра та підтримуючи за допомогою реостата силу струму в колі незмінною.

Електроліз тривав 900 секунд, протягом яких сила струму в колі підтримувалася на незмінному рівні 0,5 А.

8. Після закінчення часу, відведеного для електролізу, розімкніть коло, вийміть електрод із шаром міді з тримача, дуже обережно промокніть його серветкою та зважте.

Маса катода з шаром виділеної міді після промивання та просушування становить 15,35 г.

Дано:

• $I = 0{,}5\text{ А}$
• $t = 15\text{ хв} = 900\text{ с}$
• $m_0 = 15{,}20\text{ г}$
• $m = 15{,}35\text{ г}$

Знайти:

• $k - ?$

Розв’язання:

$\Delta m = (m - m_0) \cdot 1000$

$\Delta m = (15{,}35 - 15{,}20) \cdot 1000 = 150\text{ мг}$

$k = \dfrac{\Delta m}{I \cdot t}$

$k = \dfrac{150}{0{,}5 \cdot 900} \approx 0{,}33\text{ мг/Кл}$

Відповідь: 0,33 мг/Кл.

ОПРАЦЮВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ

1. Визначте масу міді, що виділилася на катоді: $\Delta m = m – m_0$. Результат подайте в міліграмах.

Дано:

• $m_0 = 15,20\text{ г}$
• $m = 15,44\text{ г}$

Знайти:

• $\Delta m - ?$

Розв’язання:
$\Delta m = m - m_0$

$\Delta m = 15,44 - 15,20 = 0,24\text{ г}$

$\Delta m = 240\text{ мг}$

Відповідь: 240 мг.

2. Знайдіть значення електрохімічного еквівалента міді: $k = \dfrac{\Delta m}{It}$. Результат округліть до двох значущих цифр.

Дано:

• $\Delta m = 240\text{ мг}$
• $I = 0,8\text{ А}$
• $t = 900\text{ с}$

Знайти:

• $k - ?$

Розв’язання:
$k = \dfrac{\Delta m}{I \cdot t}$

$k = \dfrac{240}{0,8 \cdot 900} = \dfrac{240}{720} \approx 0,33\text{ мг/Кл}$

Відповідь: 0,33 мг/Кл.

АНАЛІЗ ЕКСПЕРИМЕНТУ І ЙОГО РЕЗУЛЬТАТІВ

Проаналізуйте експеримент і його результати.

Експеримент дозволив за допомогою вимірювання маси речовини, що виділилася на електроді, та параметрів електричного струму обчислити електрохімічний еквівалент міді. Отримане значення 0,33 мг/Кл є близьким до табличного значення (0,329 мг/Кл), що підтверджує закон Фарадея для електролізу.

Зробіть висновок, у якому зазначте: 1) яке явище ви досліджували; 2) які фізичні величини вимірювали; 3) чи збіглося виміряне значення електрохімічного еквівалента міді з табличним; 4) у чому, на вашу думку, причина розбіжності.

1. Під час роботи було досліджено явище електролізу — процес виділення речовини на електродах під час проходження електричного струму через розчин електроліту.
2. Для дослідження вимірювали силу струму в колі, час проходження струму, а також масу катода до і після експерименту.
3. Виміряне значення електрохімічного еквівалента міді практично збіглося з табличним значенням.
4. Причинами незначної розбіжності результатів є похибка вимірювальних приладів (ваг та амперметра), недостатнє просушування катода перед повторним зважуванням, а також наявність домішок у розчині купрум(II) сульфату.

ТВОРЧЕ ЗАВДАННЯ

Запропонуйте спосіб визначити масу хлору, що виділяється на аноді за певний час електролізу водного розчину натрій хлориду (кухонної солі), якщо є таке обладнання: джерело живлення, з’єднувальні проводи, два набори для електролізу (дві склянки, два тримачі, чотири електроди), терези, водний розчин купрум(II) сульфату, водний розчин натрій хлориду, таблиця електрохімічних еквівалентів.

Оскільки хлор є газом, його масу неможливо виміряти безпосередньо за допомогою наявних терезів. Для розв’язання задачі необхідно з’єднати дві склянки з розчинами послідовно в одне електричне коло. У першу склянку наливаємо розчин купрум(II) сульфату, у другу — розчин натрій хлориду. При послідовному з’єднанні через обидві склянки пройде однаковий електричний заряд ($Q = I \cdot t$). Спочатку за допомогою терезів визначаємо масу міді $\Delta m_{Cu}$, що виділилася на катоді в першій склянці. Використовуючи табличне значення електрохімічного еквівалента міді $k_{Cu}$ та хлору $k_{Cl}$, обчислюємо масу хлору за формулою:
$\Delta m_{Cl} = \dfrac{\Delta m_{Cu} \cdot k_{Cl}}{k_{Cu}}$.
Цей метод дозволяє непрямим шляхом точно визначити масу виділеного газу.