Школьный химический эксперимент электролиз

Обновлено: 07.07.2024

Постановка проблемы Можно ли утверждать, что электрический ток может выполнять восстановительное и окислительное действие подобно действию химических восстановителей и окислителей?

Определение Электролиз – окислительно-восстановительные реакции, протекающие под действием постоянного электрического тока на электродах, помещенных в раствор или расплав электролита. Электролиз можно осуществить с помощью специального прибора – электролизера .

Демонстрационный опыт В U -образную трубку нальем 5%-й раствор CuCl 2 . В оба колена опустим угольные электроды, соединенные с выпрямителем переменного тока сети. Под действием электрического тока начинается химическая реакция: ионы раствора электролита получают направленное движение. Катионы меди Cu 2+ движутся к катоду - отрицательно заряженному электроду и осаждаются на нем в виде меди. Анионы Cl - движутся к аноду - положительно заряженному электроду и выделяется газ Cl 2 .

Электролиз раствора хлорида меди ( II ) Катод (-) отдает электроны катионам. Анод (+) забирает электроны от анионов. На катоде происходит процесс восстановления катионов: Cu 2+ + 2 e → Cu 0 На аноде происходит процесс окисления анионов: 2 Cl - - 2 e → Cl 2

Электролиз раствора хлорида меди ( II ) Вопрос: Какой из электродов является восстановителем, окислителем? Применяем метод электронного баланса для ОВ реакции:

Этапы процесса электролиза раствора хлорида меди на инертных электродах: 1. Под действием электрического тока происходит электролитическая диссоциация CuCl 2 → Cu 2+ + 2 Cl - 2. На катоде происходит процесс восстановления катионов металла: Cu 2+ + 2 e → Cu 0 3. На аноде происходит процесс окисления анионов: 2 Cl - - 2 e → Cl 2 4. Молекулярное уравнение электролиза раствора хлорида меди имеет вид: CuCl 2 → Cu + Cl 2 .

Обратите внимание! Электролиз растворов электролитов идет согласно положению металла в электрохимическом ряду напряжений металлов .

Правила прогноза продуктов электролиза растворов: 1. Активные металлы Li – Al на катоде не восстанавливаются, идет восстановление молекул воды и выделение водорода: 2 H 2 O + 2 e = H 2 + 2 OH - . 2. На катоде восстанавливается металл, если он находится в ряду напряжений после алюминия. 3. На аноде кислородсодержащие анионы не окисляются ( NO 3 - , SO 4 2- ). На аноде окисляется вода и выделяется кислород: 2 H 2 O – 4 e = 4 H + + O 2 4. На аноде окисляются бескислородсодержащие анионы ( Br - ; Cl - ).

Электролиз раствора хлорида калия ( KCl ) 1. Электролитическая диссоциация KCl → K + + Cl - H 2 O → H + + OH - 2. Катод (-) : 2H 2 O +2e = H 2 + 2OH - 3. Анод (+): 2 Cl - - 2 e → Cl 2 4. Молекулярное уравнение: 2 KCl + 2 H 2 O → 2 KOH + Cl 2 + H 2 .

Схема установки для электролиза расплава хлорида натрия

Выводы: 1. Электрический ток оказывает восстановительное и окислительное действие. 2. Катод – восстановитель. 3. Анод – окислитель. 4. Следует учитывать окислительную способность катионов по положению их в ряду напряжений металлов и восстановительную способность анионов кислотных остатков.

Применение электролиза 1. Получение щелочных и щелочно-земельных металлов электролизом расплавов солей. 2. Для получения щелочей NaOH , KOH , галогенов, водорода - электролиз растворов хлоридов. 3. Электролизом боксита в криолите получают алюминий. 4. Для получения рафинированных металлов.

Схема установки для промышленного получения алюминия 1 – электролит – расплавленный криолит с добавками фторидов кальция и алюминия (для снижения температуры плавления) и оксид алюминия (добавляют периодически); 2 – угольный катод ; 3 – угольный анод ; 4 – корка из застывшего оксида алюминия, защищающая расплавленный алюминий от окисления; 5 – стальная ванна ; 6 – отбор расплавленного алюминия .

Задание ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА A)CuS0 4 1)водород Б) K 2 S0 4 2)серебро В) AgNO 3 3) медь Г) CuBr 2 4) гидроксид калия 5) кислород 6) оксид серы (IV) Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза его водного раствора.

Задание ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА A)CuS0 4 1) фтор Б) K Cl 2) бром В) AgF 3) хлор Г) CuBr 2 4) хлороводород 5) кислород 6) оксид серы (IV) Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на ано де в результате электролиза его водного раствора.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Электролиз

Предствленная презентация предназначена для проведения урока по теме "Электролиз", которая изучается и в курсе химии, и физики. к тому же довольно сложна. Слайды презентации помогают обучающимся разоб.

проект "Соль-Илецк город солнца и соли."

Развитие коммуникативных способностей у дошкольников, владение речью как средством общения и культуры является одним из главных показателей психологической готовности ребёнка к школьному обучению, важ.

Метадическая разработка практического занятия по теме:ОВР. Электролиз.

Семинар по теме: "Растворы. Способы выражения количественного состава растворов. Массовая доля"

Предназначен для преподавателей 1 курса по химии.

Теория "Коллоидные растворы. Растворы ВМС"

Разработка "Изготовление коллидных растворов и растворов ВМС" предназначена для специальности "Фармация". В данной разработке рассматриваются особенности расчетов и изготовления ко.

При пропускании постоянного электрического тока силой 6,4 А в течение 30 мин через расплав хлорида неизвестного металла на катоде выделилось 1,07 г металла. Определить состав соли, которую подвергли электролизу.

Cогласно закону Фарадея: m = M I τ / nF , следовательно, M/ n = m F/ I τ, время τ = 30 мин или 0,5 ч, постоянная Фарадея F = 26,8 А∙ч/моль. M/ n = 1,07 г ∙ 26,8 А∙ч/моль / 6,4 А ∙ 0,5 ч = 9 г/моль, т.е. числовое значение М в 9 раз больше n.

Выписываем возможные значения n и М:

n	1	2	3	4
M	9	18	27	36

М = 9 г/моль соответствует бериллию Ве, но для него n = 2, а не 1, т.е. Ве не удовлетворяет условию. М = 27 г/моль и n = 3 соответствует алюминию Al.

Ответ: состав соли AlCl3.

3. Формирование новых знаний:

А – тест на проверку знаний т/б (Приложение 2);

Б – проблемный демонстрационный химический эксперимент выступает не как средство иллюстрации готовых знаний, а как источник знаний и способ создания проблемной ситуации.

1) Электролиз раствора хлорида меди (II).

Задание: сравните электролиз расплава и раствора хлорида меди (II), есть ли разница в продуктах? Самостоятельно составьте схему электролиза раствора данной соли.

Вывод: электролиз раствора данной соли практически не отличается от электролиза ее расплава.

2) Электролиз раствора сульфата меди (II).

Признаки реакции: выделение красной металлической меди на катоде и кислорода (газа, вызывающего загорание тлеющей лучины) на аноде.

Задание: сравните состав хлорида и сульфата меди (II), найдите принципиальную разницу и сделайте вывод, от чего зависит состав продуктов окисления на аноде.

Ответ: разница в составе анионов кислотных остатков: хлорид-анион Cl - простой, а сульфат-анион SO₄ 2- сложный.

Учитель сообщает, что выделяющийся на аноде кислород выделяется не из сульфат-анионов, а образуется при окислении молекул воды.

Для подбора коэффициентов используем метод электронно-ионного баланса:

Вывод: последовательность разрядки анионов на аноде зависит от природы аниона:

При электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде окисляются анионы кислотных остатков, например: 2Cl - - 2e - = Cl₂ 0 ↑
При электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде идет процесс окисления молекул воды: 2H₂O – 4e - = O₂↑ + 4H + (среда околоанодного пространства кислая). Анионы кислотных остатков таких кислот остаются в растворе вместе с образующимися ионами водорода H + , т.е. после электролиза получается раствор кислоты.
При электролизе растворов щелочей окисляются гидроксид-ионы: 4OH - - 4e - = O₂↑ + 2H₂O
Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:

Анодные процессы в водных растворах электролитов

Кислотный остаток (анион) А m-
Бескислородный (Cl - , Br - , I - , S 2- и др., кроме F - )	Кислородсодержащий (SO₄ 2- , NO₃ - , CO₃ 2- и др.) и F -
Окисление аниона (кроме фторида) А m- - me - = А 0	В кислой и нейтральной среде – окисление молекул воды: 2H₂O – 4e - = O₂↑ + 4H + в щелочной среде: 4OH - - 4e - = O₂↑ + 2H₂O

Задание на закрепление:

Какие вещества будут образовываться на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор нитрата серебра AgNO3? (серебро на катоде и кислород на аноде). Раствор какого вещества останется в электролизере после окончания реакции? (раствор азотной кислоты HNO3) На дом: составить схему данного процесса.

3) Электролиз раствора иодида калия KI.

Демонстрационный процесс проводит учитель (в околокатодное пространство добавить 2-3 капли спиртового раствора фенолфталеина).

Признаки реакции: выделение газа на катоде и окрашивание околокатодного раствора в малиновый цвет; выделение молекулярного йода коричневой окраски на аноде.

Задание: сравнить электролиз растворов хлорида меди и иодида калия. Катодными или анодными процессами они отличаются? Почему во втором случае невозможно выделение металлического калия? Подсказка – в положении меди и калия в ряду активности металлов (вернее, в электрохимическом ряду напряжений металлов).

При затруднении ответа учитель напоминает, что калий – активный металл, реагирующий с водой с выделением водорода и образованием щелочи, а ведь раствор иодида калия содержит, помимо соли, и воду.

Если металл неактивен и расположен после водорода, то на катоде восстанавливаются ионы металлов: Me n+ + ne - = Me 0
Если металл обладает высокой химической активностью и расположен в начале ряда, от лития до алюминия включительно, то на катоде восстанавливаются молекулы воды:
2H₂O + 2e - = Н₂↑ + 2ОН - (среда околокатодного пространства щелочная). Катионы таких металлов остаются в растворе вместе с образующимися гидроксид-анионами ОН - , т. е. после электролиза получается раствор щелочи.
Если металл обладает средней химической активностью и расположен в ряду напряжений между алюминием и водородом, то будут происходить оба процесса (в зависимости от концентрации соли, рН среды, плотности тока и других факторов): и восстановление ионов металла, и восстановление молекул воды.
Если в растворе находится смесь катионов разных металлов, то сначала восстанавливаются катионы менее активного металла.
При электролизе растворов кислот на катоде восстанавливаются катионы водорода: H + + 2e - = Н₂↑

Катодные процессы в водных растворах электролитов

Электрохимический ряд напряжений металлов
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al	Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni	Н₂	Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Восстановление молекул воды: 2H₂O + 2e - = Н₂↑ + 2ОН -	Оба процесса: 1) Me n+ + ne - = Me 0 2) 2H₂O + 2e - = Н₂↑ + 2ОН -	Восстановление катиона: Me n+ + ne - = Me 0

Задание на закрепление:

Какие вещества будут образовываться на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор хлорида натрия NaCl? (водород на катоде и хлор на аноде). Раствор какого вещества останется в электролизере после окончания реакции? (раствор щелочи NaOH) – правильность ответа проверяем с использованием таблицы «Электрохимическое получение водорода, хлора и гидроксида натрия. На дом: составить схему данного процесса.

4) Электролиз раствора сульфата натрия Na₂SO₄.

Учащиеся самостоятельно объясняют результаты эксперимента, исходя из выводов опытов 2 и 3 (см. таблицы по анодным и катодным процессам).

При определении среды раствора можно воспользоваться мнемоническим стихотворением:

Индикатор лакмус – красный, кислоту укажет ясно,
Индикатор лакмус – синий, щелочь здесь – не будь разиней.

Вывод: электролиз данной соли сводится к разложению воды; соль необходима для увеличения электропроводности, так как чистая вода является очень слабым электролитом; масса самой соли в растворе не изменяется.

Учащиеся дают ответ на вопрос, поставленный перед изучением темы: где взять кислород на борту космического корабля? Ответ – получить его электролизом воды, в которую добавлена нужная соль. (Приложение 3);

Применение электролиза (доклад учащегося):

Электрометаллургия:
- получение активных металлов (K, Na, Ca, Mg, Al и др.) электролизом расплавов природных соединений;
- получение металлов средней активности (Zn, Cd, Co) электролизом растворов их солей.
В химической промышленности – получение газов: F₂, Cl₂, H₂, O₂; щелочей: NaOH, KOH; пероксида водорода H₂O₂, тяжелой воды D₂O и др.
Электролитическое рафинирование – очистка металлов (Cu, Pb, Sn и др.) от примесей электролизом с применением активных (растворимых) анодов. Неочищенная медь, которая является анодом, растворяется, т. е. переходит в раствор соли меди в виде ионов. Энергия электрического тока расходуется на перенос этих ионов к катоду, их восстановление и осаждение чистой меди (степень чистоты – 99,95%). Примеси (Ag, Au и другие благородные металлы), которые имеют больший стандартный электродный потенциал, не восстанавливаются, а выпадают в осадок на дне ванны, тем самым окупая расходы на проведение рафинирования меди. Данный процесс – одно их старейших электрохимических производств. Впервые этот метод был применен в России в 1847 г.
Гальваностегия – нанесение металлических покрытий на поверхность металлического изделия для защиты от коррозии или придания декоративного вида. Например, оцинковка, хромирование, никелирование и пр.
Гальванопластика – получение металлических копий с различных матриц, а также покрытие неметаллических предметов слоем металлов. Последний процесс (золочение деревянных статуй и ваз) был известен еще в Древнем Египте, но научные основы гальванопластики были заложены русским ученым Б. Якоби в 1838 г.

Итоговое тестирование:

Ответы: 1а, 2в, 3г, 4а, 5б, 6г, 7 – вагб, 8 – отрицательным, катода

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Цель: создание условий для эффективного усвоения понятия процесса электролиза экспериментальным путем

1. Организационный момент (на экране картины электрохимии)

Учитель: Здравствуйте! садитесь ребята. Меня зовут Вероника Николаевна Лукина, учитель химии Вилюйской средней общеобразовательной школы №2 имени Г.С.Донского, и сегодня урок химии у вас, проведу я.

Учитель: а вы знаете, какой сегодня день? Нет . Так я вам скажу, сегодня 455 лет тому назад, в итальянском городе Пиза, родился основатель экспериментальной физики, заложивший фундамент классической механики и первым использовавший телескоп для наблюдения за небесными телами человек, имя которому Галилео Галилей.

Ребята, на нашем уроке будет немножко от части физики, и мы вторгаемся в область электрохимии, рассмотрим явление? электролиза. Запишем тему урока.

На доске висят 4 картинки, тема урока Электролиз должны угадать. Значит, о чем мы будем говорить сегодня на уроке? об электролизе.

Итак, пишем тему урока.

Значит цель нашего урока что ребята? Узнать об электролизе

Сегодня, мы должны узнать, что растворы солей распадаются на ионы, и при пропускании постоянного электрического тока катионы восстанавливаются, а анионы окисляются.

Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах (катоде и аноде), если через раствор или расплав электролита протекает постоянный электрический ток.

Электролиз проводят в особых приборах – электролизерах. Основные процессы протекают на электродах – катодах и анодах.

Катод – это? отрицательнозаряженный электрод, анод? – положительнозаряженный электрод.

При электролизе электрическая энергия переходит в химическую. На катоде протекает процесс восстановления, т.е. процесс присоединения электронов. На аноде протекает процесс окисления, т.е. процесс отдачи электронов. Так как катод заряжен отрицательно, к нему стремятся положительнозаряженные ионы, называемые катионами. К положительнозаряженному аноду стремятся отрицательнозаряженные ионы, называемые анионами. Катод является восстановителем, т. е. он отдает электроны катионам. Анод является окислителем, т.е он принимает электроны от анионов. Т.е., достигнув электродов, ионы разряжаются, превращаясь в атомы или группы атомов.

Прежде чем рассмотреть примеры, вспомним, какой процесс называется электролитической диссоциацией?

Электролитическая диссоциация – это процесс распада электролита на ионы при растворении его в воде или расплавлении.

Для того чтобы произошла диссоциация, необходимо, чтобы вещество было электролитом (должны быть заряженные частицы, т.к. электрический ток – это направленное движение заряженных частиц).

Когда электролизу подвергается раствор хлорид натрия, к катоду движутся не только катионы натрия, но также и катионы водорода, а на анод – хлорид - анионы и гидроксид-анионы. На катоде восстанавливаются катионы водорода, а на аноде – окисляются хлорид - анионы. Катионы натрия и гидроксид – анионы остаются в растворе. Таким образом, в процессе электролиза раствора хлорида натрия протекает реакция, уравнение которой имеет вид: две молекулы хлорида натрия плюс две молекулы воды равно две молекулы гидроксида натрия плюс водород плюс хлор.

2NaCl + 2Н2О = 2NaOH + Н2 + Cl2

Физкультминутка

Руки кверху поднимаем,

А потом их отпускаем.

А потом их развернем

И к себе скорей прижмем.

А потом быстрей, быстрей

Хлопай, хлопай веселей. Тихо Присаживаемся на место.

Как вы хотите рассмотреть схему электролиза растворов? читая по книге, и рассматривая слайды к уроку? Или рассмотреть схему электролиза растворов путем эксперимента? Путем эксперимента.

Тогда путем эксперимента, ну а как же, ведь Химия наука экспериментальная

Цель: что вы должны узнать от эксперимента? должны изучить процесс электролиза

Тогда, Объектом изучения нашего урока является электролиз ,

Прежде чем провести эксперимент по электролизу раствора, поговорим о безопасном проведении опыта .

На слайде, Правила работы с электрическим током.

В лаборатории необходимо соблюдать тишину и порядок, бережно обращаться с электрооборудованием, соблюдать чистоту на рабочем месте, соблюдать правила техники безопасности.

Включить электроустановку после сборки и проверки ее схемы допускается только в присутствии преподавателя или лаборанта. Если по условиям работы требуется изменить схему соединений, то это нужно сделать при снятом напряжении ( после отключения ); перед включением электроустановки вновь предъявить ее для проверки преподавателю или лаборанту.

Одежда учащихся при выполнении работ, связанных с использованием электрических машин, должна быть прилегающей во избежание захвата ее вращающимися частями, должен быть надет головной убор.

Во время работы электроустановки или в то время, когда она находится под напряжением, запрещается касаться токоведущих и вращающихся частей во избежание электрической или механической травмы.

При использовании переносных контрольно- измерительных приборов необходимо следить за исправным состоянием изоляции их проводов и наконечников.

Сейчас вы будете работать по группам, пользуясь опорным конспектом, выполните эксперименты. Но прежде вы должны распределить свои должности, кто будет писать схему уравнения электролиза, а кто будет оформлять выводы. На все про все вам дается 10 минут и так, время пошло.

При электролизе водных растворов, кроме ионов электролита, в реакции могут участвовать еще ионы водорода или гидроксид-ионы, которые образуются в результате диссоциации воды. Образующиеся ионы движутся к соответствующим электродам.

( какие ионы подходят к катоду?) подходят катионы электролита и ионы водорода Н + , а к аноду ?– анионы электролита и гидроксид-ионы ОН - .

Немножко ознакомлю вас с применениями электролиза.

Применение электролиза:

Электролиз получил широкое практическое применение в промышленности, где его используют для получения щелочных, щелочноземельных металлов, алюминия, галогенов, водорода, кислорода, в процессах гальваностегии (нанесении металлических покрытий), гальванопластики (изготовление рельефных металлических копий), рафинирования (очистка цветных металлов от примесей), очистки сточных вод.

VI.Закрепление и контроль усвоения знаний.

А теперь, ребята, проверим результативность нашей совместной работы, напишем графический диктант, текст которого вы видите на своих столах :

Графический диктант.

Электролиз можно считать окислительно-восстановительной реакцией, происходящей под воздействием электрического тока.

Катод – отрицательно заряженный электрод;

На катоде происходит процесс электрохимического окисления;

Анион SO42 – будет окисляться на аноде в водном растворе;

Анион Cl – будет окисляться на аноде в водном растворе;

Катион Na + будет восстанавливаться на катоде в водном растворе;

Катион Cu2 + будет восстанавливаться на катоде в водном растворе;

При электролизе раствора NaCl можно получить щелочь NaOH и газы H2 и Cl2.

При электролизе раствора нитрата серебра можно получить серебро, кислород и кислоту.

Ответы: 1, 2, 5, 7, 8, 9, 10 ( да)

Учащиеся обмениваются тетрадями, выставляют друг другу оценки по оценочной шкале:

На слайде открываются правильные ответы.

В это время учащиеся записывают домашнее задание. Д/З на карточках пожалуйста передавайте друг к другу.

VII. Подведение итогов.

Учитель комментирует, выставляет оценки в журнал, ученики выставляют оценки в дневник.

В заключении мы с вами сделали вывод, что экспериментальным путем доказали что растворы солей распадаются на ионы, и при пропускании постоянного электрического тока катионы восстанавливаются, а анионы окисляются. Удалось ли нам достигнуть поставленной цели, какие трудности возникли в работе? что показалось наиболее интересным?

- Электролиз - окислительно-восстановительный процесс.

- Протекает в растворах и расплавах электролитов.

- Под действием электрического тока

- Продукты электролиза определяются характером металлов и кислотных остатков солей (ряд напряжение металлов и окислительный ряд ионов)

16 лет успешной работы в сфере подготовки к ЕГЭ и ОГЭ!

1602 поступивших (100%) в лучшие вузы Москвы

Подготовка к ЕГЭ, ОГЭ и предметным Олимпиадам в Москве

Описание.
Под действием постоянного электрического тока вода разлагается на водород и кислород. Происходит электролиз воды. Заполним водой электролизер. Подготовим пробирки для сбора кислорода и водорода. Газы, которые будут выделяться на электродах, вытеснят воду из пробирки. При включении постоянного тока на катоде выделяется водород, а на аноде - кислород. Водорода получается в два раза больше по объему, по сравнению с кислородом, потому, что молекуле воды два атома водорода и всего один атом кислорода.

Читайте также: