Электрохимические эквиваленты веществ прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.

Используя законы электролиза было вычислено значение элементарного электрического заряда.

e =

это значение оказалось равным 1, 6·10^-19 Кл.

Используя алюминиевую посуду на кухне и с пренебрежением относясь к столовым приборам, сделанным из этого металла, мы не задумываемся о том, что в середине 19 века алюминий был настолько редким и дорогим металлом, что из него делали драгоценные украшения. Известны исторические факты, что по приказу Наполеона III были изготовлены алюминиевые столовые приборы, которые подавались на торжественных обедах императору и самым почётным гостям. Другие гости при этом пользовались приборами из традиционных драгоценных металлов — золота и серебра.В 19 веке каждая парижская модница непременно должна была иметь в своем наряде хотя бы одно украшение из алюминия - металла, ценившегося дороже серебра и золота.Всего за два века, с момента своего появления, этот металл сумел завоевать весь мир, став синонимом технического прогресса. Недаром алюминий называют " крылатым" металлом, он стал символом устремления людей ввысь, в небеса. В первую очередь ассоциируется с реактивными самолетами и космическими ракетами, которые без него просто невозможно было бы создать.

Стало это возможным только благодаря электролизу, применение которого сделало получение алюминия и других металлов достаточно простым. Для того, чтобы получить чистый алюминий в специальную металлическую ванну вливают расплавленную при 900 °С руду, содержащую алюминий в химически связанном виде (обычно в виде оксидов). В ванну опускают угольные стержни, которые служат анодами, а сама ванна – катодом. При прохождении тока через расплав на дне ванны выделяется жидкий алюминий, который сливают через отверстие внизу ванны. Таким же образом получают медь, магний, хром, титан и многие другие металлы. При этом, атомарный кислород, выделяющийся при электролизе, является очень сильным окислителем. Его используютдля изготовления различных лекарств, например, йодоформа.

Вместе с тем, металлы полученные таким способом не всегда являются абсолютно чистыми, а для практического применения, например, для изготовления медных проводников, необходимо использовать чистые металлы, поскольку примеси уменьшают электропроводность. Поэтому для удаления примесей из металлов также используется электролиз. Например,

для очистки меди от примесей в электролитическую ванну заливают раствор купрум сульфата (CuSO₄) и опускают в него две пластины: анод – толстую пластину из неочищенной меди и катод – тонкий лист из чистой меди. При пропускании электрического тока анод постепенно растворяется, примеси выпадают в осадок, а на катоде оседает чистая медь. Аналогичным способом получают и другие чистые металлы – никель, свинец, золото.Такой процесс получения чистых металлов называется рафинированием.

Использование электролиза позволяет придать различным металлическим изделиям красивый внешний вид, прочность, предохранить их от коррозии. Для этого изделия покрывают тонким слоем какого-либо другого металла: никеля, хрома, золота, серебра и др. Для этого изделие тщательно очищают, обезжиривают и помещают как катод в электролитическую ванну с растворомэлектролита, в состав которого входит нужный металл. Анодом служит пластинка металла, которым покрывают изделие. Для более равномерного покрытия, в качестве анода, полезно применять две пластины, помещая изделие между ними. Такой процесс получил название гальваностегия.

Выдающийся русский учёный Б.С.Якоби впервые использовал электролиз для получения точных копий рельефных изделий. Этот процесс получил название гальванопластика. Его суть состоит в осаждение металла на поверхности какого-либо предмета для воспроизведения его формы. Для этого с предмета сначала снимают слепок (из воска или гипса) и покрывают его токопроводящим слоем, например, слоем графита. Подготовленный таким способом предмет помещают в качестве катода в ванну с раствором соли соответствующего металла. При включении тока металл из электролита оседает на поверхности предмета. Гальванопластику используют для изготовления неограниченного числа точных копий того изделия, с которого был снят слепок. Гальванопластическим способом выполняют множество работ, например, превращают обычные кружева в металлические и ими украшают рамы для картин или шкатулки, изготавливают филигранные ажурные изделия — броши, серьги, браслеты. Кроме этого, гальванопластикой получают в металле различные рельефы, снимают копии с памятных медалей и, наконец, создают круглую(объемную) скульптуру.

Ещё одно применение электролиза - гальванополировка. Если резное металлическое изделие поместить в раствор электролита и включить ток, то наиболее сильное электрическое поле образуется у микроскопических выступов на поверхности этого изделия. Если оно подключено к «+» источника тока, то наиболее интенсивно ионы металла будут «вырываться» именно из выступов, и поверхность металла выровняется.

Электролиз используется в медицине, в такой известной процедуре, как электрофорез. Электроды накладывают на тело человека. Между телом и электродом помещают бумагу или ткань, пропитанную электропроводящим лекарственным препаратом. При включении тока начинается движение заряженных частиц из бумаги или ткани в кожу, а затем в тело человека. Так происходит процесс ввода лекарств, скорость которого можно регулировать, изменяя силу тока.

Примеры решения задач:

Сколько чистой меди выделится при рафинировании неочищенной меди в течение 8 часов, если напряжение на зажимах всех ванн, соединённых последовательно, равно 70 В, а ЭДС на зажимах ванн - 120В, внутреннее сопротивление ванн 5 Ом.

t = 8 ч = 2, 88·10⁴сm=kItm = 33·10^-8кг\Кл·2, 88·10⁴с·

U = 70В по з-ну Ома I = · 10^-3 кг.

Ε = 120 В m = k

r = 5 Ом

k = 33·10^-8 кг\Кл

m -?

Ответ: выделилось 95 г меди.

При определении электрохимического эквивалента меди были получены следующие данные: время прохождения тока 20 мин., сила тока 0, 5А, масса катода до опыта – 70, 4 г, масса после опыта 70, 58 г. какое значение электрохимического эквивалента меди было получено?

I = 0, 5Аm = kItk =

t = 20мин = 1200сk =

m₁ = 70, 4г= 0, 0704 кгm = m₂ – m₁

m₂ = 70, 58г = 0, 07058 кгk =

k -?

Задачи для самостоятельного решения:

1. Сколько времени длилось никелирование, если на изделии осел слой никеля массой 1, 8 г? При силе тока 2А?

29.

30.

2. Какое количество энергии, в кВт·ч, нужно затратить для получения 1 тонны алюминия, если на электролитической ванне должно быть напряжение 0, 6 В?

31.

32.

3. Какой силы ток нужно пропустить через раствор серебра, чтобы за 2 часа выделилось 8, 049 г серебра.

33.

34.

4. Определить массу алюминия, выделившегося при электролизе из расплава бокситов, если процесс длился 10 часов, напряжение на электродах равно 1 В, а сопротивление электролитической ванны 0, 04Ом?

35.

36.

5. При никелировании детали в течение 2 часов сила тока, проходящего через ванну, - 25А. плотность никеля 8900 кг\м³. Какова толщина слоя никеля, осевшего на детали, если площадь детали 0, 2 м².

37.

38.

Домашнее задание:

1. Зная число Фарадея вычислить электрохимические эквиваленты двух и четырёхвалентного олова.

39.

40.

2. Что произойдёт с лампой накаливания в опыте, описанном в параграфе, если в воду добавить соли? Почему? _____________________________

______________________________________________________________________________________________________________________.

3. Две одинаковые электролитические ванны (1 и 2) наполнены раствором купрум сульфата. Концентрация раствора в ванне 1 больше, чем в ванне 2. В какой из ванн выделиться больше меди, если их соединить последовательно?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

4. Проведи дома опыты по гальваностегии. Сфотографируй ход эксперимента и представь на уроке результаты работы. (в качестве раствора электролита можно взять купрум сульфат, а в качестве анода медную пластинку. Источник тока лучше собрать из нескольких батареек).

Лабораторная работа

Тема: Определение электрохимического эквивалента меди.

Цель: экспериментально определить значение электрохимического эквивалента меди.

Оборудование: источник тока, электролитическая ванна с раствором купрум сульфата, два медных электрода, амперметр, реостат, ключ, соединительные провода, весы, разновесы, секундомер, электрическая плитка, сосуд с водой.

Выполнение работы:

1. Собрать электрическую цепь, состоящую из последовательно соединённых источника тока, амперметра, реостата, медных электродов, которые опущены в раствор купрум сульфата.

2. Начерти схему собранной электрической цепи.

3. Замкнув цепь, с помощью реостата установи силу тока в цепи 1 А.

4. Разомкни цепь и вынь катод, очисти его с помощью наждачной бумаги, сполосни в воде и просуши катод над электрической плиткой. Определи массу – m₁ катода с помощью рычажных весов. Запиши результаты измерений в таблицу.

5. Помести катод в электролитическую ванну, замкни цепь и одновременно включи секундомер.

6. Опыт длится в течение 15 – 20 минут и в течение всего этого времени необходимо поддерживать силу тока постоянной. Запиши значение силы тока в таблицу.

7. Разомкни цепь и останови секундомер. Запиши показания секундомера в таблицу.

8. Вынь катод из электролитической ванны, сполосни его водой и просуши над электрической плиткой. Определи массу – m₂ катода с помощью рычажных весов. Запиши результаты измерений в таблицу.

9. Вычисли электрохимический эквивалент меди по формуле:

k =

k₁ = _____________________

k₂ = ______________________

10. Повторить опыт и вычислить среднее значение электрохимического эквивалента по формуле:

k_ср =

k_ср = _________________

11. Зная, что табличное значение электрохимического k = 0, 329 мг\Кл вычисли абсолютную погрешность измерений:

Δ k = ׀ k - k_ср׀

Δ k = ____________________

12. Вычисли относительную погрешность измерений по формуле:

ε =

ε = _______________________

№ п\п	m₁, мг	m₂,	m₂ – m₁, мг	I, А	t, с	k, мг\Кл	k_ср, мг\Кл	Δ k, мг\Кл	ε, %

Вывод: ____________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

16. Электрический ток в газах

Наша планета окружена воздушной оболочкой – атмосферой, представляющей собой смесь газов. При обычных условиях воздух, как и любой другой газ, является диэлектриком, поэтому мы очень легко существуем в урбанистическом мире, опутанном линиями электропередач. Однако, в курсе окружающего мира мы изучали виды электрических разрядов (молнии), т.е. в природе возникают условия при которых воздух становится проводником. Рассмотрим некоторые из этих условий.

Опыт: соберём установку, как показано на рисунке. Зарядив электроскоп, мы увидим, что он не разряжается, то есть между обкладками конденсатора не происходит перемещение зарядов. Внесём между обкладками конденсатора горящую спиртовку. В результате нагревания воздуха стрелка электроскопа очень быстро приближается к нулю, конденсатор разряжается. Следовательно, между обкладками конденсатора устанавливается электрический ток, то есть нагретый воздух является проводником. Необходимо отметить, что такой же процесс мы смогли бы наблюдать, если бы облучили воздух, находящийся между обкладками конденсатора, ультрафиолетовым, рентгеновским, радиоактивным или другими видами излучения.

Почему это происходит?

Ты знаешь, что при обычных условиях газы состоят из электрически нейтральных атомов или молекул, в них практически нет свободных зарядов (хотя в газах, а в частности в воздухе всегда присутствует небольшое количество заряженных частиц), именно поэтому газы являютсядиэлектриками и электрическийток через них не проходит.При нагревании воздуха скорость молекул возрастает, т.е. возрастает кинетическая энергия молекул воздуха. Вследствие этого увеличивается количество столкновений между молекулами.

Опыт: смоделируем процесс, который происходит при столкновении молекул воздуха. Для этого возьми два шарика, предположим, что это модель молекулы газа, прикрепи к шарикам несколько пластилиновых шариков, представим, что это электроны. Приведи их в столкновение, что при этом произошло? _______________________________________________________.

Потеряв электрон, молекула становиться положительным ионом. В свою очередь свободный электрон может столкнуться с нейтральными атомом или молекулами и присоединиться к ним – в результате этого образуется свободный отрицательный ион.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 Следующая ⇒