Πειραματιστείτε για το πώς να καθαρίσετε τον χαλκό με ηλεκτρόλυση;
Πείραμα:ηλεκτρολυτικός καθαρισμός χαλκού
Αυτό το πείραμα καταδεικνύει τον καθαρισμό του χαλκού χρησιμοποιώντας ηλεκτρόλυση. Είναι ένας απλός αλλά αποτελεσματικός τρόπος για να κατανοήσουμε τις αρχές της ηλεκτροχημείας και τη διαδικασία διύλισης μετάλλων.
Υλικά:
* Διάλυμα θειικού χαλκού (CUSO4)
* Δύο ηλεκτρόδια χαλκού (ένα ακάθαρτο, ένα καθαρό)
* Τροφοδοτικό DC (6-12V)
* Ποτήρια (2)
* Σύνδεση καλωδίων
* Βολτόμετρο
* Αμπερόμετρο
* Γυαλιά ασφαλείας
* Γάντια
Διαδικασία:
1. Προετοιμάστε τον ηλεκτρολύτη: Διαλύστε κρυστάλλους θειικού χαλκού σε απεσταγμένο νερό για να δημιουργήσετε ένα κορεσμένο διάλυμα.
2. Ρυθμίστε το ηλεκτρολυτικό κύτταρο:
* Τοποθετήστε το ακάθαρτο ηλεκτρόδιο χαλκού (άνοδο) σε ένα ποτήρι που περιέχει το διάλυμα θειικού χαλκού.
* Τοποθετήστε το καθαρό ηλεκτρόδιο χαλκού (κάθοδος) σε ένα άλλο ποτήρι με το διάλυμα θειικού χαλκού.
* Συνδέστε τα ηλεκτρόδια με τα θετικά και αρνητικά τερματικά της τροφοδοσίας DC.
* Συνδέστε το αμπερόμετρο σε σειρά με το κύκλωμα για να παρακολουθείτε τη ροή του ρεύματος.
3. Ενεργοποιήστε την παροχή ρεύματος και ρυθμίστε την τάση σε 2-3V. Παρατηρήστε την αντίδραση που συμβαίνει και στα δύο ηλεκτρόδια.
4. Παρατηρήστε τις αλλαγές:
* Στην άνοδο (ακάθαρτο χαλκό), θα παρατηρήσετε την διάλυση του χαλκού και τα ιόντα χαλκού (Cu2+) που εισέρχονται στο διάλυμα. Μπορεί επίσης να παρατηρήσετε άλλα μέταλλα που υπάρχουν στην ακάθαρτη διάλυση του χαλκού και σχηματίζοντας τα ιόντα τους.
* Στην κάθοδο (καθαρός χαλκός), θα δείτε μια εναπόθεση καθαρού μεταλλικού χαλκού, καθώς τα ιόντα χαλκού από το διάλυμα μειώνονται.
5. Συνεχίστε την ηλεκτρόλυση: Συνεχίστε τη διαδικασία για αρκετές ώρες για να επιτύχετε σημαντικό καθαρισμό.
6. Απενεργοποιήστε την τροφοδοσία ρεύματος και αποσυνδέστε τα ηλεκτρόδια.
7. Παρατηρήστε το αποτέλεσμα: Εξετάστε το ακάθαρτο ηλεκτρόδιο χαλκού, το καθαρό ηλεκτρόδιο χαλκού και το διάλυμα. Θα πρέπει να παρατηρήσετε ότι το ακάθαρτο ηλεκτρόδιο χαλκού έχει μειωθεί σε μέγεθος, ενώ το καθαρό ηλεκτρόδιο χαλκού έχει αυξηθεί σε μέγεθος. Η λύση μπορεί επίσης να είναι ελαφρώς αποχρωματισμένη λόγω της παρουσίας άλλων μεταλλικών ιόντων.
8. Προαιρετικά: Μετρήστε τη μάζα των ηλεκτροδίων πριν και μετά την ηλεκτρόλυση για να προσδιορίσετε την ποσότητα του καθαρισμένου χαλκού.
Προφυλάξεις ασφαλείας:
* Φορούν πάντα γυαλιά και γάντια ασφαλείας κατά τη διαχείριση των χημικών ουσιών.
* Αποφύγετε να αγγίζετε τα ηλεκτρόδια ενώ η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη.
* Απορρίψτε σωστά τις χημικές ουσίες.
Παρατηρήσεις και εξήγηση:
* Άνοψη: Οι ακαθαρσίες στο ακάθαρτο ηλεκτρόδιο χαλκού θα οξειδώσουν και θα διαλυθούν στο διάλυμα θειικού χαλκού. Τα λιγότερα αντιδραστικά μέταλλα (όπως το ασήμι, ο χρυσός) δεν θα διαλύονται, σχηματίζοντας τη λάσπη ανόδου στο κάτω μέρος του ποτήρι.
* Καθεάνα: Τα ιόντα χαλκού (Cu2+) από το διάλυμα θα μειωθούν στο καθαρό ηλεκτρόδιο χαλκού, τοποθετώντας καθαρό χαλκό μέταλλο.
* Συνολική αντίδραση: Cu2 + + 2e- → Cu (μείωση στην κάθοδο)
Cu → Cu2 + + 2e- (οξείδωση στην άνοδο)
Περαιτέρω εξερεύνηση:
* μεταβάλλουν το ρεύμα: Παρατηρήστε την επίδραση της μεταβολής του ρεύματος στον ρυθμό καθαρισμού.
* Χρησιμοποιήστε διαφορετικές ακαθαρσίες: Διερευνήστε την επίδραση διαφορετικών ακαθαρσιών στη διαδικασία καθαρισμού.
* Αναλύστε τη λάσπη ανόδου: Αναλύστε τη λάσπη ανόδου για να προσδιορίσετε τις ακαθαρσίες που υπάρχουν στον αρχικό χαλκό.
Αυτό το πείραμα παρέχει μια πρακτική κατανόηση της ηλεκτρόλυσης και της εφαρμογής του στον εξευγενισμό μετάλλων. Επισημαίνει επίσης τη σημασία των προφυλάξεων ασφαλείας ενώ χειρίζεται χημικά και ηλεκτρικό εξοπλισμό.
