3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.5. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng điện phân
3.5.3. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng điện phân muối ăn NaCl (thí
điều chếnước giaven NaClO).
- Hiểu được các đại lượng đặc trưng cho hiện tượng điện phân.
- Biết được quá trình điều chế nước giaven (NaClO) sử dụng trong công nghiệp.
- Biết cách xắp xếp, bố trí và tiến hành thực hiện một bài thí nghiệm điện phân cơ bản.
Bố trí thí nghiệm
- Chuẩn bị các dụng cụ và bố trí thí nghiệm như hình sau
Hình 24. thí nghiệm điện phân muối NaCl không có màng ngăn
- Dung dịch sử dụng trong quá trình điện phân là dung dịch muối ăn Natriclorua (NaCl) với nồng độ 10% (khối lượng NaCl rắn là 250g/2500g nước cất)
- Nối điện từ máy biến thế vào hai điện cực (ampe kế mắc nối tiếp) và từ nguồn vào hộp biến thế.
- Chú ý đặt hai điện cực của bình điện phân vào rãnh song song với nhau. Xoay núm biến trở trên bộ nguồn về vị trí tận cùng bên trái (xoay ngược chiều kim đồng hồ).
Tiến hành thí nghiệm
- Mời giáo viên hoặc cán bộ hướng dẫn kiểm tra mạch chính xác mới được cắm phích lấy điện vào nguồn ~ 220V.
- Chỉnh biến trở R để dòng điện chạy qua bình điện phân từ 1,0 ÷ 1,2 (A) thì ngắt nguồn.
- Chú ý trong quá trình điện phân lần thứ nhất, điều chỉnh biến trở R để cho dòng điện chạy qua dung dịch điện phân không thay đổi so với giá trị lúc đầu đã đặt.
- Quan sát hiện tượng xảy ra tại hai điện cực anot và catot của bình điện phân. Sau 20 phút ngắt điện nhúng quỳ tím vào dung dịch điện phân, nhận xét hiện tượng xảy ra với quỳ tím, đưa ra kết luận bài học.
Kết quả thí nghiệm
- Xung quanh hai bên điện cực Anot và catot khi có dòng điện chạy qua xuất hiện những bọt khí đây là khí Clo và hidro thoát ra trong quá trình điện phân natriclorua.
Hình 25. Điện phân dung dịch NaCl
- Dưới tác dụng của dòng điện NaCl phân li thành các ion và . Đồng thời tác dụng với nước để tạo thành dung dịch theo phương trình phản ứng:
2NaCl +2 + + 2NaOH
Vì quá trình điện phân không có màng ngăn xốp nên sẽ tiếp tục xảy ra phản ứng giữa và dung dịch NaOH theo phương trình:
+ 2NaOH NaCl + NaClO (nước giaven) +
- Khi cho quỳ tím vào dung dịch sau quá trình điện phân quỳ tím mất mầu, nhưng phải một lúc mới được, trước khi mất màu nó sẽ chuyển sang mầu xanh, nguyên nhân do đây là muối của axit yếu vàkiềm.
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH
A)MỤC TIÊU:
- Biết cách xác định sự phụ thuộc cường độ dòng điện và điện áp của dòng điện qua chất điện phân.
- Biết cách xác định hằng số Fa –Ra – Đây bằng thực nghiệm. - Hiểu được các đại lượng đặc trưng cho hiện tượng điện phân.
- Xây dựng thí nghiệm khảo sát nội dung về thuyết điện ly, ứng dụng hiện tượng điện phân mạ điện (thí nghiệm định tính).
B)NỘI DUNG:
1. Tóm tắt lý thuyết
1.1.Hiện tượng điện phân
Sự điện phân là quá trình oxi hóa, quá trình khử xảy ra tại bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hay chất điện li ở trạng thái nóng chảy.
Các phân tử axit, muối, bazơ thường có mối liên kết ion, do đó khi hòa tan vào các chất chúng sẽ bị xôn vát hóa và tạo thành các ion dương và các ion âm. Dưới tác dụng của điện trường ngoài, chúng chuyển dời có hướng về hai điện cực đặt trong bình dung dịch điện phân.
Theo định luật Fa –Ra – Đây thứ nhất, khối lượng của chất tạo ra ở điện cực bình điện phân tỉ lệ với đương lượng của chất đó với cường độ dòng điện và thời gian điện phân.
M = . .
- m: Khối lượng của chất A tạo ở điện cực (catot hoặc anot), tính bằng gam. - M: Khối lượng phân tử (nguyên tử, ion) của chất A
- n: Hóa trị của A (chất tạo ở điện cực)
- : Là đương lượng của chất A (chất tạo ở điện cực) - : Cường độ dòng điện tính bằng Ampe
- .t = q: Điện lượng qua bình điện phân, tính bằng Coulomb - : Hằng số Fa –Ra – Đây
1.2. Thuyết điện ly
Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazơ và muối bị phân ly (một phần hoặc toàn bộ) thành các nguyên tử (hoặc nhóm guyên tử) tích điện gọi là ion. Ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện.
Axit phân li thành các ion âm (g c axit) và ion dương / Bazơ phân ly thành các ion âm ( ) và ion dương (kim lo i) .
2. Thực hành
a. Các bước tiến hành
Thí nghiệm khảo sát đặc trưng Vôn – Ampe.
- Sử dụng bộ thí nghiệm điện phân dung dịch đồng sunfat: CuS . Chú ý đặt hai điện cực của bình điện phân vào rãnh cài song song với nhau. - Mắc mạch điện theo sơ đồ (hình 1).
Hình 1.1. Thí nghiệm khảo sát đặc trưng vôn – ampe.
Trong đó:
1.Bộ nguồn ổn áp AC/DC 2.Điện cực đồng anot và catot
3.Ampe kế mắc nối tiếp 4.Bình điện phân dung dịch.
- Xoay núm biến trở trên bộ nguồn ổn áp về tận cùng bên trái (xoay ngược chiều kim đồng hồ).
- Mời giáo viên hướng dẫn đến kiểm tra mạch chính xác mới được cắm phích lấy điện vào nguồn xoay chiều 220V.
- Bấm khóa K trên bộ cấp nguồn để nguồn hoạt động (đèn led đỏ).
- Thay đổi giá trị điện áp trên bộ nguồn, thu thập số liệu và sử lý kết quả.
Thí nghiệm điện phân xác định hằng số Fa – Ra – Đây
- Sử dụng bộ thí nghiệm điện phân dung dịch đồng sunfat: CuS . Chú ý đặt hai điện cực của bình điện phân vào rãnh cài song song với nhau. - Mắc mạch điện theo sơ đồ (hình 2.1).
Hình 2.1. Thí nghiệm khảo sát hằng số Fa – Ra – Đây
Trong đó:
1. Nguồn dòng (400 – 500 mA) 2. Ampe mắc nối tiếp
3. Hai điện cực đồng 4. Bình điện phân
- Tiến hành rửa sạch, sấy khô và cân các điện cực. Ghi lại giá trị cân được. Tháo rời catot, rửa sạch bằng nước, dung giấy ráp đánh sạch và sấy khô rồi
1
2
sử dụng cân điện tử để cân. Nếu không có cân điện tử thì dung phương pháp cân Mendeleep xác định khối lượng của nó bằng cân phân tích (chính xác tới 10 ).
- Tiến hành lắp các điện cực vào bình điện phân, mắc hai điện cực vào nguồn dòng (dòng điện không đổi).
- Xoay núm biến trở trên bộ nguồn về tận cùng bên trái (xoay ngược chiều kim đồng hồ).
- Chú ý gạt nhẹ nhàng khi chặt tay thì dừng lại, không vặn quá gâytrờn ốc. - Gạt núm chuyển mạch về 2A.
- Mời giáo viên hướng dẫn đến kiểm tra mạch chính xác mới được cắm phích lấy điện vào nguồn xoay chiều 220V.
- Bấm khóa K trên mặt bộ cấp nguồn để nguồn hoạt động (đèn Led sáng). - Thay đổi trị số cường độ dòng điện đến gái trị xác định (400 -500mA).
- Bấm START
- Sau khi điện phân xong, tháo catot (hoặc anot) ra khỏi bình điện phân, rửa sạch và sấy khô sau đó cân lại bằng cân điện tử hoặc cân phân tích. Từ đó tính được khối lượng đồng nguyên chất giải phóng ở điện cực hoặc khối lượng đồng bám vào điện cực.
Một số chú ý
- Vì catot là đồng độ tinh khiết 98% cho nên sau khi tính hiệu khối lượng catot trước và sau quá trình điện phân thì nhân với 98% để tìm khối lương đồng nguyên chất được giải phóng.
- Biết n = 2, A = 64
Thí nghiệm điện phân khảo sát thuyết điện ly.
- Sử dụng bộ thí nghiệm điện phân dung dịch đồng sunfat: CuS . Chú ý đặt hai điện cực của bình điện phân vào rãnh cài song song với nhau.
- Mắc mạch điện theo sơ đồ (Hình 2.1) chú ý dung dịch trong bình lúc này là nước cất tinh khiết.
- Tiến hành lắp các điện cực vào bình điện phân, mắc hai điện cực vào nguồn dòng (dòng điện không đổi).
- Xoay núm biến trở trên bộ nguồn về tận cùng bên trái (xoay ngược chiều kim đồng hồ).
- Chú ý gạt nhẹ nhàng khi chặt tay thì dừng lại, không vặn quá gây trờn ốc.
- Gạt núm chuyển mạch về 2A.
- Mời giáo viên hướng dẫn đến kiểm tra mạch chính xác mới được cắm phích lấy điện vào nguồn xoay chiều 220V.
- Bấm khóa K trên mặt bộ cấp nguồn để nguồn hoạt động (đèn Led sáng). Quan sát hiện tượng xảy ra trên Ampe kế.
- Cho vào dung dịch một lượng nhỏ 50g CuS dùng que khuấy đều đến khi tan hết. quan sát hiện tượng trên Ampe kế. Nhận xét kết quả.
3. Kết quả thí nghiệm
1. Khảo sát đặc trưng Vôn – ampe
- Vẽ sơ đồ mạch điện với bình điện phân.
- Sự phụ thuộc cường độ dòng điện và điện áp của dòng điện qua chất điện phân.
Lần đo Điện áp (V) Cường độ dòng điện (A)
1 2 3 …
- Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào điện áp.
- Từ đồ thị nhận xét sự phụ thuộc cường độ dòng điện và điện áp của dòng điện qua chất điện phân.
2. Xác định hằng số Fa – Ra – Đây
- Vẽ sơ đồ mạch điện với bình điện phân
- Cường độ dòng điện phân: I =………. - Thời gian điện phân t =………....
- Khối lượng đồng bám vào bản cực: Lần cân M = - 1 2 .. 5
- Giá trị trung bình và sai số : M = ………..±………. - Giá trị và sai số: F, ΔF