Методическая разработка урока-лабораторной работы по физикеОпределение электрохимического эквивалента меди
Лабораторная работа по теме:
«Определение электрохимического эквивалента меди»
Теория:
Электро
·лиз физико-химическое явление, состоящее в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ. Водные растворы электролитов проводят ток. Носителями тока являются ионы электролита, образовавшиеся в результате разложения молекул электролита в водном растворе.
Процесс, при котором молекулы солей, кислот и щело чей при
растворении в воде распадают ся на заряженные частицы
(ионы), называется электролитической диссоциацией;
получившийся при этом раствор с положительны ми
и отрицательными ионами называется электролитом.
Теорию электролитической диссоциации создал в 1887 году
шведский ученый Сванте Аррениус(1859-1927),
за что был удостоен Нобелевской премии
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис.1 Рис. 2
Рассмотрим процесс диссоциации на примере с поваренной солью NaCl. В твердом виде атомы поваренной соли Na и Сl сильно притягиваются друг к другу и не могут свободно перемещаться (рис.1).Поэтому поваренная соль в твердом виде ток не проводит. Молекула воды является диполем, т.е. один конец молекулы заряжен отрицательно, другой- положительно. Молекулы воды отрицательным полюсом подходят к ионам натрия, положительным - к ионам хлора; окружают ионы со всех сторон и вырывают их из кристалла, причём только с его поверхности (рис.1)
Молекула соли распадается на две заряженные частицы: это положительно заряженный ион Na+ и отрицательно заряженный ион С1-. Раствор становится электропроводным(рис.2)Уравнение диссоциации можно записать следующим образом:
NaCl [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Na+ + Cl-
При подключении электродов к источнику тока ионы под действием электрического поля начинают упорядоченное движение: положительные ионы меди движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора – к аноду (рис. 3).Достигнув катода, ионы натрия нейтрализуются избыточными электронами катода и превращаются в нейтральные атомы, оседающие на катоде. Ионы хлора, достигнув анода, отдают но одному электрону. После этого нейтральные атомы хлора соединяются попарно и образуют молекулы хлора Cl2. Хлор выделяется на аноде в виде пузырьков.
Таким образом, ток в растворах электролитов это упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных ионов .
Рис.3 Рис. 4
Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М. Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количество первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе:
m = kIt.
Закон электролиза(первый закон Фарадея): масса вещества, выделившегося на электродах прямо пропорциональна силе тока, идущего через электролит и времени прохождения тока
Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Для каждого вещества значение k есть постоянная величина.
Второй закон Фарадея утверждает, что электрохимический эквивалент элемента (К) пропорционален отношению молярной массы (М) к валентности(n). F- число Фарадея, равное F = e N13 EMBED Equation.3 1415
К =13 EMBED Equation.3 1415
В 1833-1834 гг. Фарадей установил количественные законы электролиза и ввел термины «электролиз», «электрод», «катод», «анод», «катион», «анион», «ион», «электролит», «электрохимический эквивалент».
Электрохимические эквиваленты некоторых веществ . Таблица 1.
Вещество
К, кг/Кл
Вещество
К, кг/Кл
Алюминий
9,32*10-8
Никель (двухвалентный)
3,04*10-7
Водород
1,044*10-8
Калий
4,052*10-7
Золото
6,81*10-7
Никель (трехвалентный)
3,03*10-7
Кальций
2,077*10-8
Ртуть
2,072*10-6
Кислород
8,29*10-8
Свинец
1,074*10-6
Магний
1,26*10-7
Серебро
1,118*10-6
Медь
3,294*10-7
Хлор
3,67*10-7
Натрии
2,383*10-7
Цинк
3,388*10-7
Применение электролиза
Электролиз находит весьма широкое применение. С его помощью можно получить чистые металлы, например медь и алюминий .А такие металлы как натрий, никель, чистый водород и другие, получают только с помощью этого метода. Одним из важных направлений применения электролиза является гальваностегия- это покрытие поверхности одного металла слоем другого(серебрение, никелирование ).
Для защиты металлических изделий от коррозии на их поверхность наносится тончайший слой другого металла хрома, серебра, золота, меди, никеля и т.д. Иногда применяют многослойное покрытие. Явление электролиза используют при ремонте автомобиля для восстановления изношенных деталей хромированием, а также восстановления декоративного покрытия хромированных деталей легковых автомобилей.
Например, внешние детали автомобиля сначала покрывают тонким слоем меди, на медь наносят тончайший слой никеля, а на него слой хрома. Нанесенные на металлы электролизом покрытия получаются ровными по толщине, прочными, служат долго, и, кроме того, таким способом можно покрывать изделия любой формы. Кроме защиты от коррозии, гальванические покрытия иногда придают красивый декоративный вид предметам. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Рис. 4
Гальванопластика – получение отслаивающихся покрытий с поверхностей с целью воспроизведения их формы. Это получение точных металлических копий с различных предметов. Предмет, с которого хотят изготовить копию, покрывают воском, дают воску застыть и получают восковую матрицу, на которой все углубления копируемого предмета будут выпуклостями. Внутреннюю поверхность матрицы покрывают тонким слоем графита, проводящим электрический ток. Этот графитовый катод опускают в ванную с раствором сульфата меди; анодом служит медь.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Рис.5
При электролизе медный анод растворяется, а на катоде осаждается медь. Таким образом получается точная копия предмета. С помощью гальванопластики изготовляют клише для печати, грампластинки, металлизируют различные предметы. Гальванотехника разработана русским ученым Б. С. Якоби (1838).
1 вариант( репродуктивный уровень)
Тема: «Определение электрохимического эквивалента меди»
Цель работы: Опытным путем научиться определять электрохимический эквивалент меди
Приборы и материалы 1. Весы с разновесом. 2. Амперметр. 3. Часы. 4. Вентилятор настольный или электроплитка. 5. Источник электрической энергии (выпрямитель ВС-4-12 или батарея аккумуляторов), 6. Реостат. 7. Ключ. 8. Медные пластины (2 шт.). 9. Соединительные провода. 10. Электролитическая ванна с раствором медного купороса. 11. Наждачная бумага.
Контрольные вопросы :
Что называется электролитической диссоциацией?
Объясните причину возникновения заряженных частиц в растворе электролита
Какие частицы являются носителями тока в электролитах?
Что называется электролизом?
Какие явления происходят на катоде при подключении установки для электролиза к источнику питания?
Какие явления происходят на аноде?
Сформулируйте закон Фарадея, запишите формулу закона
Что такое электрохимический эквивалент, кем впервые введен этот термин
Выразите из закона Фарадея значение коэффициента к
10.В каких единицах измеряется электрохимический эквивалент?
Описание и порядок проведения работы
1.Тщательно очистите поверхность медной пластины наждач ной бумагой и взвесьте эту пластину с максимально возможной точностью с помощью весов. При этом нельзя касаться пальцами очищенной поверхности, так как на ней от пальцев остаются жирные пятна, в результате чего медь будет плохо осаждаться на пластине. Запишите показания (m13 EMBED Equation.3 1415 )в таблицу 2.
2.Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 6. Взвешенную медную пластинку соединить с отрицательным полюсом источника электрической энергии.
Рис.6
После проверки цепи преподавателем зафиксируйте время по часам с секундной стрелкой, замкните ключ. Установите реостатом силу тока 1-1,5 А. Пользуясь реостатом, поддерживайте силу тока неизменной на протяжении всего времени наблюдения.
Запишите показания амперметра в таблицу 2.
Через 810 мин цепь разомкните. Запишите время проведения опыта в таблицу2.
Выньте пластину, подключенную к отрицательному полюсу источника тока и служившую в опыте катодом, осторожно ополосните ее водой, высушите перед вентилятором или электроплиткой.
6.Тщательно взвесьте эту пластину с точностью до миллиграмма, запишите показания( m13 EMBED Equation.3 1415) в таблицу2.
7.Оп ределить массу выделившейся меди по формуле m = m13 EMBED Equation.3 1415- m13 EMBED Equation.3 1415
8.По результатам измерений определить электрохимический эквивалент меди. k =13 EMBED Equation.3 1415
Сравнить найденное значение электрохимического эквива лента меди с табличным (Таблица 1).
Заполните таблицу2
Измерено
Вычислено
Масса катода до опыта m13 EMBED Equation.3 1415 ,кг
Масса катода после опыта m13 EMBED Equation.3 1415,кг
Сила тока I,А
Время проведения опыта t,с
Масса выделившейся на катоде меди m,кг
Электрохимический эквивалент к,13 EMBED Equation.3 1415
8.Сделайте краткие выводы о работе
9. Сдайте лабораторное оборудование и приведите рабочий стол в порядок.
10. Сдайте работу преподавателю.
Дополнительное задание №1(частично- поисковый уровень)
Цель работы: Изучение зависимости значения электрохимического эквивалента от концентрации
Описание и порядок проведения работы
Используя предложенное оборудование, предложите метод исследования зависимости электрохимического эквивалента вещества от концентрации раствора .
Составьте план выполнения лабораторной работы и покажите его преподавателю.
Выполните лабораторную работу по разработанному плану. Отчет может быть представлен в виде описания полученных результатов и таблицы, в которую должны войти физические величины, измеренные в ходе эксперимента и физические величины, вычисленные в ходе проведения лабораторной работы.
Сделайте краткие выводы о проделанной работе
Дополнительное задание №2(поисковый уровень)
Цель работы ( формулируется самостоятельно)
Пояснения к работе поискового характера.
Предложите способы изучения зависимости электрохимического эквивалента вещества от температуры раствора.
Какое оборудование необходимо для решения выбранной вами задачи.
Составьте план выполнения лабораторной работы и покажите его преподавателю. Выполните лабораторную работу по разработанному плану. Отчет может быть представлен в виде описания полученных результатов и таблицы, в которую должны войти физические величины, измеренные в ходе эксперимента и физические величины, вычисленные в ходе проведения лабораторной работы.
Сделайте краткие выводы о проделанной работе, представьте зависимость электрохимического эквивалента от температуры графическим способом.
Литературы и Интернет- ресурсы
1. Электролитическая диссоциация и гибридизация атомных орбиталей www.lyceum8.ru/himiya/7.htm
2. Учебник химии.www.chemel.ru
3. Гальванопластика .[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
13PAGE 15
13PAGE 14115
R
А