Меню

Электрохимический эквивалент меди при электролизе медного купороса

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЭКВИВАЛЕНТА МЕДИ

Вещества, растворы которых в воде и некоторых других диэлектрических жидкостях проводит электрический ток, называют электролитами или проводниками второго рода.

Выясним механизм проводимости водных растворов электролитов на примере раствора поваренной соли NaCI.

Взаимодействие атомов натрия и хлора в молекуле поваренной соли упрощенно можно представить как взаимодействие двух ионов: положительно заряженного иона Na + и отрицательно заряженного иона CI. — (рис.1). Объясняется это тем, что единственный валентный электрон у натрия слабо связан с атомом. При образовании молекул NaCI. этот электрон переходит к атому хлора, превращая его в отрицательный ион CI. — ; в соответствии с этим молекулу NaCI можно схематически изобразить в виде диполя (рис. 2).

При растворении поваренной соли в воде молекулы NaCI попадают в окружение молекул воды, которое тоже являются диполями. В электрическом поле, создаваемом молекулой NaCI , молекулы воды ориентируются так, как показано из рис. 2. При этом они растягивают молекулу NaCI настолько, что незначительная ее встряска при отклонении с другими молекулами разрушает ее. Часть молекул NaCI распадается — диссоциирует на ионы Na + и CI. — . Этот процесс называется электролитической диссоциацией. Ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы – рекомбинировать.

При неизменных условиях в растворе устанавливается динамическое равновесие, при котором число молекул, распадающихся в единицу времени на ионы, равно числу пар ионов, которые за то же время вновь воссоединяющихся в нейтральные молекулы. Другими словами, в водных растворах электролитов всегда имеются в наличии свободные носители зарядов – положительно и отрицательно заряженные ионы.

Если в сосуд с раствором электролита опустить электроды и включить их в электрическую цепь, то отрицательные ионы начнут двигаться к положительному электроду – аноду, а положительные к отрицательному – катоду. В результате устанавливается электрический ток. Поскольку перенос заряда в водных растворах или расплавах электролитов осуществляется ионами, такую проводимость называют ионной.

При прохождении тока, например, через раствор медного купороса СuSO4 происходит следующий процесс. Положительные ионы Сu ++ при соприкосновении с катодом получают недостающие электроны и выделяются на катоде в виде нейтральных атомов. Отрицательные ионы (SO4) — — при соприкосновении с анодом отдают лишние электроны. Появившиеся на аноде электроны по внешней цепи переходят на катод и там соединяются с положительными ионами. Если анод медный, то нейтрализовавшиеся ионы SO4 вступают с ними в химическую реакцию и вновь образуют молекулы медного купороса: SO4 + Сu СuSO4

В результате количество медного купороса в растворе остается неизменным, на катоде выделяется медь, а медь с анода, вступая в химическую реакцию с группой SO4 , переходит в раствор.

Процесс выделения на электродах продуктов разложения электролита при прохождении через этот электролит электрического тока, называется электролизом. Согласно первому закону Фарадея, масса выделивщегося на электроде вещества m пропорциональна силе тока I и времени его прохождения t.

Читайте также:  Памятники из меди в россии

(1)

где k-коэффициент пропорциональности, а It=q заряд, перенесенный ионами за время t.

Из формулы /1/ видно, что коэффициент k численно равен массе выделившегося на электродах вещества при переносе ионами заряда, равного 1 Кулону. Величину k называют электрохимическим эквивалентом данного вещества. Электрохимический эквивалент выражается в кг/Кл.

Согласно второму закону Фарадея, электрохимический эквивалент вещества пропорционален его химическому эквиваленту .

(2)

где М – молярная масса вещества,

С – постоянная величина, одинаковая для всех элементов.

Введя вместо коэффициента С величину, ему обратную, второй закон Фарадея можно переписать в виде :

(3)

где -число Фарадея.

Объединяя формулы /1/и /3/, получим:

Если масса выделившегося вещества равна его химическому эквиваленту, т. е. /m/=/ /,то /F/=/q/. Таким образом, число Фарадея F численно равно количеству электричества g, при прохождении которого через электролит на электроде выделяется количество вещества, равное химическому эквиваленту, F=9.6484*10 4 Кл/моль.

В настоящей работе требуется определить электрохимический эквивалент меди и число Фарадея.

II. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСИАНОВКИ.

Для определения электрохимических эквивалентов различных веществ пользуются так называемыми вольтметрами. Медный вольтметр состоит из стеклянной банки, в которую налит раствор медного купороса и погружены две пластинки из красной меди, снабженные клеммами для включения их в цепь /см. рис.3/.Электрическое поле между электродами создается с помощью источника тока/аккумулятора, выпрямителя и др./, сила тока регулируется реостатом R и измеряется амперметром А. Цепь замыкается ключом К, время отмечается по часам.

I. Порядок выполнения работы.

1. Зачистите электроды наждачной бумагой, промойте струей воды из под крана и просушите над электроплиткой (электроды должны быть совершенно чистыми).

2. Определите массу одной из пластинок m1 на весах с точностью 0,01 грамма.

3. Соберите схему согласно рис. 3, используя в качестве катода пластинку с известной массой.

4. Замкните цепь ключом К и установите реостатом R силу тока I.

5. Проведите процесс электролиза в течении времени t (сила тока I и время процесса t задается преподавателем).

6. Выньте катодную пластинку, помойте ее струей воды, просушите ее и определите массу m2.

7. Вычислите массу m отложившейся на пластинке меди: m = m2 – m1.

8. Подставляя значения m, I, t в формулу (1), рассчитайте электрохимический эквивалент меди k.

9. Вычислите число Фарадея по формуле: зная, что М = 63,57*10 -3 Кл/моль, а z = 2.

10. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 1.

Источник

Лабораторная работа «Определение электрохимического эквивалента меди.»

бюджетное профессиональное образовательное учреждение Вологодской области «Череповецкий металлургический колледж имени академика И.П. Бардина»

Определение электрохимического эквивалента меди

Методические рекомендации и лабораторная работа по дисциплине «Физика» для студентов I курса

Определение электрохимического эквивалента меди. Методические рекомендации и лабораторная работа по дисциплине «Физика» для студентов I курса. /Разработчик Изотова Е.А./ — Череповец: БПОУ ВО «ЧМК» Череповецкий металлургический колледж, 20 17 . — 8 с.

Читайте также:  Как найти медь в майнкрафте 1 17

на заседании цикловой комиссии

«Математические и естественнонаучные дисциплины»

Теоретические сведения и методические рекомендации по выполнению лабораторной работы ………………………………………………………..

Ход выполнения лабораторной работы ……………………………………

Рекомендации по оформлению отчета по лабораторной работе ……….

Определение электрохимического эквивалента меди

Определить электрохимический эквивалент меди при проведении электролиза раствора сульфата меди.

2 Средства обучения

2.1 Лабораторное оборудование: источник постоянного тока, электролитическая ванна, раствор сульфата меди, медные электроды, наждачная бумага, ключ, амперметр, соединительные провода, реостат.

2.2 Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы.

3 Теоретические сведения и методические рекомендации по выполнению лабораторной работы

Электролиты это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток. К электролитам относятся кислоты, основания и соли. Электролиз – это физико-химический окислительно-восстановительный процесс, протекающий в растворах или расплавах электролитов под действием электрического тока, заключающийся в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ — продуктов вторичных реакций на электродах. Процесс на катоде K(-): катион принимает электроны и восстанавливается. Процесс на аноде A(+): анион отдает электроны и окисляется. Примером электролиза растворов может служить электролиз медного купороса (рисунок 1), молекулы которого подвергаются электролитической диссоциации:

Рисунок 1-Электролиз раствора сульфата меди.

Электролитическая диссоциация — это процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.

Количественно электролиз описывается законами Фарадея :

Масса выделяющегося на электроде вещества пропорциональна количеству электричества, протекающего через раствор:

где k -электрохимический эквивалент, , I сила тока, протекающего через раствор, А, t — время электролиза (с), q — количество электричества, Кл.

Для выделения на электроде 1 эквивалента любого вещества необходимо затратить одно и то же количество электричества, равное числу Фарадея: F = N A . e = 96500 Кл /моль.

где k -электрохимический эквивалент, кг/Кл, М — молярная масса, кг/моль, n — валентность, F — число Фарадея Кл/моль, – химический эквивалент, кг/моль.

Электрохимический эквивалент численно равен отношению массы иона к его заряду.

Электролиз применяется в электрометаллургии для получения редких металлов, для очистки металлов от примесей, в гальваностегии — покрытие одного металла тонким слоем другого, в гальванопластике — получение копий рельефных деталей, в медицине – электрофорез.

Электролиты подчиняются закону Ома. С опротивление электролитов при повышении температуры уменьшается , так как при повышении температуры увеличивается доля молекул, распавшихся на ионы, и поэтому увеличивается число ионов — носителей заряда.

4.1 Провести электролиз раствора сульфата меди.

4.2 Определить электрохимический эквивалент меди.

5 Ход выполнения лабораторной работы

5.1 Зачистите наждачной бумагой медный электрод и измерьте его массу с точностью до 0,01 г.

5.2 Соберите схему по рисунку 2. Присоедините медные электроды к источнику постоянного тока (электрод с известной массой — к катоду), опустите электроды в стакан с раствором сульфата меди.

Читайте также:  Число прандтля для меди

5.3 Включите секундомер одновременно с источником тока. Установите и поддерживайте силу тока 0,5 А в течение всего времени электролиза (время электролиза 10 минут).

5.4 По окончании электролиза отключите источник тока, отсоедините катод, промойте его в воде и высушите в потоке теплого воздуха.

5.5 Охладите катод до комнатной температуры и определите его массу после электролиза.

5.6 Результаты опыта и вычислений занесите в таблицу.

Таблица 1-Результаты измерений и вычислений

Табличное значение электрохимического эквивалента

Источник

Расчет массы меди, выделившейся на катоде при электролизе её соли

Вычисление массы меди, зная выход по току и напряжение электролизера

Задача 115.
При электролизе водного раствора Cu2Cl2 с использованием графитовых электродов израсходовано 1000 кВт•час электроэнергии. Составить схему электролиза и вычислить количество полученной меди, если выход по току составляет 90%, напряжение электролизера 7 В.
Дано:
k(Cu) = 6,588 • 10 -7 кг/Кл;
U = 7 B;
W = 1000 кВт•час = 3600000000 Вт•с = 3,6 • 109 В•А•с;
h = 90% или 0,9;
m(Cu) = ?
Решение:
Масса вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электрического тока, пропущенного через электролит.
К.п.д. установки (h) равно:

где q-заряд, прошедший через ванну; U — напряжение электролизера; W — количество, израсходованной электроэнергии . Масса выделившейся меди m = kq.

m(Cu) = [(6,588 • 10 -7 кг/Кл)•(3,6 • 109 В•А•с)•0,9]/7 B = 304,93 кг.

Ответ: m(Cu) = 304,93 кг.

Масса меди на катоде при при электролизе раствора CuSO4

Пример 116.
Какая масса меди выделится на катоде при электролизе раствора CuSO4 в течение 1,5 ч при силе тока 3 А?
Решение:
Масу меди рассчитаем по формуле Фарадея:

m — масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде, г; MЭ(А) — эквивалентная масса вещества; I — сила тока, А; t — продолжительность электролиза, с; F — число Фарадея равно 96500 Кл/моль. Эквивалентная масса меди в CuSO4 равна:
63,54//2 = 31,77 г/моль.
Массу меди рассчитаем, подставив в формулу соответствующие значения МЭ(Cu) = 31,77; I = 3 А; t = 70 • 60 = 4200 с; = 96500 Кл/моль:

m(Cu) = МЭ(Cu)It/F = (31,77 • 3• 4200)/96500 = 4,148 г.

Ответ: m(Cu) = 4,148 г.

Какой заряд проходит через раствор сульфата меди (CuSO4) за время t

Задача 117.
Какой заряд проходит через раствор сульфата меди (CuSO4) за время t = 20с, если ток за это время равномерно возрастает от I1 = 0 до I2 = 3А? Какая масса меди выделяется при этом на катоде? Электрохимический эквивалент меди k = 3,3 • 10 -7 кг/Кл.
Решение:
1. Рассчитаем средний ток, получим:
I = (I1 + I2)/2.

2. Рассчитаем заряд, протекший через раствор, получим:

3.Рассчитаем массу меди, выделившейся на катоде, получим:

m(Cu) = k(I1 + I2)t/2 = [(3,3 • 10-7 кг/Кл) • 20 c]/2 = 0,0000099 кг или 9,9 мг.

Ответ: m(Cu) = 9,9 мг.

Источник

Adblock
detector