Электролиз. Удивительный мир гальваники

г. Томск

также дистиллированная вода не проводят электрический ток, а если их

смешать становятся проводником?
Цель: изучить сущность процесса электролиза
Задачи: * суть катодных и анодных процессов
* примеры электролиза
* применение электролиза
* экспериментально проверить выполнение законов электролиза
* на практике познакомиться с гальванотехникой

отрицательные ионы начнут двигаться к положительному электроду – аноду, а

положительные – к отрицательному – катоду. Возникает электрический ток, который характери-зуется переносом вещества. На электро-дах происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов. На аноде отрицательно заряженные ионы – анионы отдают свои лишние электроны (происходит окислительная реакция), а на катоде положительные ионы – катионы получают недостающие элек-троны (восстановительная реакция).

Понятие электролиза

Таким образом, электролиз – это окисли-тельно-восстановитель-ный процесс, который возникает на электродах при прохождении элек-трического тока через раствор или расплав электролита.

английскими учеными У. Никольсоном и А. Карлейлем, наблюдавшими выделение пузырьков

кислорода на аноде и водорода на катоде при погружении электродов в воду.

Законы электролиза был экспериментально установлены английским физиком М. Фарадеем в 1833 году.

тока относятся - водные растворы солей, кислот и оснований. Вещества

и растворы, которые проводят электрический ток, получили название - электролиты.
Чтобы вещество проводило ток, необходимо наличие заряженных частиц (электронов, протонов, «+» или «-» ионов). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.
Например, хлорид меди CuCl2 диссоциирует в водном растворе на ионы меди и хлора:

СuCl2 = Cu+2 + 2 Cl-1

на электродах, с материалом электродов или растворителей. Примером может служить

электролиз водного раствора сульфата меди CuSO4 (медный купорос) в том случае, когда электроды, опущенные в электролит, изготовлены из меди.
Диссоциация молекул сульфата меди происходит по схеме:

СuSO4 = Cu+2 + SO4-2

Нейтральные атомы меди отлагаются в виде твердого осадка на катоде. Таким путем можно получить хими-чески чистую медь. Таким образом, при прохождении электрического тока через водный раствор сульфата меди происходит растворение медного анода и отложе-ние меди на катоде.

прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

m = k Q = k I t.
Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Электрохимический эквивалент k равен отношению массы m0 иона данного вещества к его заряду q0.

к электроду:



Здесь

m0 и q0 – масса и заряд одного иона, – число ионов, пришедших к электроду при прохождении через электролит заряда Q.

Авогадро, M = m0NA – молярная масса вещества, F =

eNA – постоянная Фарадея.
F = eNA = 96485 Кл / моль.
Постоянная Фарадея численно равна заряду, который необходимо пропустить через электролит для выделения на электроде одного моля одновалентного вещества.

После сборки электрической цепи (см. рис) через раствор электролита пропускался

ток напряжение 4 В, сила тока 1 А в течение 2 ч. Масса ключа после осаждения меди 14,3 г. Определить электрохимический коэффициент меди и сравнить с табличным значением.

Дано:
Δm= m1-m2=2.2г
I= 1А
U= 4В
t=2ч= 7200с

k - ?

Решение:
Δm= kIt ➔ k =Δm/It
k= 2.2*10-3кг/(1A*7200c)
k= 3.05*10-7кг/Кл

Табличное значение 3.3*10-7кг/Кл
Погрешность составляет: абс. 0,25*10-7кг/Кл
Относительная погрешность 0,075 или 7,5%

Закон Фарадея выполнился с погрешностью 7,5 %

Явление электролиза широко применяется в современном промышленном производстве.

Электролитические процессы классифицируются следующим образом:
получение неорганических веществ (водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.);
Электролиз раствора соли активного металла и
бескислородной кислоты. Путем электролиза
производят Н2 и О2 из воды,
С12 из водных растворов NaCl, F2 из расплава KF

очистка металлов (медь, серебро и т.д., и т.п.);
Электролиз с растворимым анодом. Например, Полученную из руды неочищенную медь отливают в форме толстых листов, которые затем помещают в ванну в качестве анодов. При электролизе медь анода растворяется, примеси, содержащие ценные и редкие металлы, выпадают на дно,
а на катоде оседает чистая медь.

борирование, электрополировка, очистка);
получение гальванических покрытий;






Часто

стальной кузов автомобиля покрывают
снизу тонким слоем цинка для защиты от коррозии

поверхность металлических и неметаллических изделий. Гальванотехника включает: гальваностегию — получение

на поверхности изделий прочно сцепленных с ней тонких металлических покрытий и гальванопластику — получение легко отделяющихся, относительно толстых, точных копий с различных предметов, т. н. матриц.
Открытие и техническая разработка гальванотехники принадлежат русскому учёному Б. С. Якоби, о чём он доложил 5 октября 1838 на заседании Петербургской Академии Наук. Он много сделал для ее внедрения в печатное и монетное дело, для изготовления художественных изделий

декоративной скульптуры. Техникой гальванопластики в 30—40-х гг. XIX в. в

России было изготовлено значительное число скульптуры, сохранившейся до нашего времени (например, часть скульптуры на фасаде Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге, скульптура в Екатерининском парке города Пушкина и др.).

Воспроизведение скульптур в бронзе или чугуне возможно только литейным способом, к сожалению, не дающим возможности получить скульптурное произведение с абсолютной точностью: при отливке ухудшается передача мельчайших штрихов, а вместе с ними меняется манера, в которой воспроизведена лепка.

предмет! Очищенное изделие подвешивается в гальванической ванне, где оно будет

служить в качестве катода. На 1 литр воды 250 г сульфата меди (медный купорос) 50-80 г концентрированной серной кислоты. Анодом служит медная пластинка подвешенная параллельно покрываемой детали. Напряжение должно быть 3-4 В, сила тока - 0.4 А. Температура 18-30 градусов. Чем сложнее форма детали, тем меньший ток можно применить.

Положительным электродом будет медная пластинка, отрицательным - предмет, который вы хотите покрыть медью, например, железный ключ.

Эксперимент

опущены в раствор купороса, но не соприкасаться между собою. Ток

будет разлагать медный купорос. Выделяющаяся из него чистая медь будет оседать на отрицательном электроде — на ключе. А в это же время взамен меди, извлеченной таким способом из раствора, на положительном электроде идет разрушительная работа: медная пластинка разъедается и пополняет медью раствор.

Омеднение ключа

бегонии, дуба и березы.
К сожалению, мои эксперименты не совсем удачные,

так как металлическое покрытие отстает от поверхности листа. В Интернете я нашла еще один рецепт создания металлического гербария…

них отпечатки на восковой композиции. Для этого в формочку из

плотной бумаги или в обечайку заливают подготовленную композицию и дают ей остыть почти до полного отвердевания с таким расчетом, чтобы поверхность восковой композиции была еще эластичной.

Листья накладывают на поверхность воска и прижимают их стеклом. После этого снимают стекло и лист, и на восковой композиции остается четкий отпечаток листа. Таким же образом делают отпечаток с обратной стороны листа.
Когда воск полностью затвердеет и станет холодным, форму с отпечатком осторожно графитируют мягкой кистью так, чтобы не повредить отпечатка. Установив проводники, на форме укрепляют груз, чтобы они не всплывали, и форму завешивают в гальванопластическую ванну

РЕЦЕПТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГЕРБАРИЕВ

удачу.
Имея такой брелок, выпускник или студент может быть уверен -

пятерка на экзамене обеспечена…

Опыты с электричеством, с электролизом удивительны, занимательны. И чем больше я читаю, экспериментирую, тем больше меня захватывает эта тема…

литература, 1932 г
Н.В. Одноралов Гальваника дома Ленинград, 1996 г
Кл.Э.Суорц Необыкновенная

физика обыкновенных явлений. М; «Наука», Главная редакция физико-математический литературы, 1987 г
Интернет
В.А Касьянов Физика – 10. М: Дрофа, 2004 г.