აქტივობა 2. სპილენძის (II) სულფატის წყალხსნარის ელექტროლიზი

http://www.nuffieldfoundation.org/practical-chemistry/electrolysis-copperii-sulfate-solution

 

შესწავლის საგანი/მიზნები

მოსწავლეებმა უნდა ისწავლონ:

  • ინსტრუქციის მიხედვით მარტივი წრედის აწყობა;
  • დაკვირვება;
  • დაკვირვების შედეგების აღრიცხვა და ანალიზი;
  • დასკვნის გამოტანა;
  • ელექტროლიზის პროცესის არსის ახსნა;

 

რესურსები:

  • სპილენძის(II) სულფატის წყალხსნარი, 0.5 M, 200 მლ;
  • სპილენძის ფირფიტა (არ არის სავალდებულო);
  • ზუმფარის ქაღალდი.


აღჭურვილობა/ჭურჭელი

  • დამცავი სათვალე;
  • ქიმიური ჭიქა, 250 მლ;
  • გრაფიტის ელექტროდი დ=5 მმ;
  • სადგამი და ელექტროდების დამჭერი;
  • მუდმივი დენის წყარო (6 ვოლტი);
  • ნათურა (პატარა, 6 ვოლტ. 5 ვატი);
  • სადენები და კლიპსები.

 

მასწავლებლის სავარაუდო აქტივობები:

მასწავლებელი:

  • ყოფს კლასს წყვილებად ან სამკაციან ჯგუფებად და თითოეულ ჯგუფს ამარაგებს ზემოთ ჩამოთვლილი რესურსებით და აღჭურვილობით;
  • ავალებს მოსწავლეებს, ააწყონ წრედი ქვემოთ მოცემული სქემის მიხედვით, დააკვირდნენ თითოეულ ელექტროდთან მომხდარ ნებისმიერ ცვლილებას და ჩაიწერონ დაკვირვების შედეგები;
წრედის აწყობა
 
  • განუმარტავს მოსწავლეებს, რომ თუ გამოყენებული დენის ნაკადი იქნება უფრო მცირე, კათოდზე წარმოიქმნება მყარი, მბზინავი, მდგრადი ნალექი, რომელიც ძნელად მოსაცილებელი იქნება ელექტროდიდან. ეს პროცესი უდევს საფუძვლად გალვანოპლასტიკასა და გალვანოსტეგიას (იხ. რუბრიკა რეკომენდაციები);
  • აღწერილი ექსპერიმენტის დასრულების შემდეგ, როდესაც პროცესი დასრულდება და მოსწავლეები ჩაიწერენ ყველა შედეგს, შეიძლება გააგრძელონ ექსპერიმენტი:
    • შესაძლებელია გაასუფთაონ სპილენძი. ამისთვის ზემოთ აღწერილი ელექტროლიზის პროცესის დასრულების შემდეგ ელექტროდებს ადგილები უნდა შეუცვალონ და წრედი ჩართონ;
  • უხსნის მოსწავლეებს, რომ აქტივობაში გრაფიტის ელექტროდების ნაცვლად შესაძლებელია წინასწარ აწონილი სპილენძის ფირფიტების გამოყენება (იხ. რესურსები). ავალებს გაიმეორონ ზემოთ აღწერილი ექსპერიმენტი გრაფიტის ნაცვლად სპილენძის ელექტროდების გამოყენებით და ცდის დასრულების შემდეგ ელექტროდები ისევ აწონონ.

 

მოსალოდნელი შედეგები

მოსწავლეები:

  • გრაფიტის ელექტროდების გამოყენებისას შენიშნავენ, რომ :
    • კათოდზე გამოიყოფა და დაილექება სპილენძი. ზოგჯერ დანალექი შეიძლება იყოს ფხვნილისებრი და არათანაბარი;
    • ანოდზე წარმოიქმნება აირის (ჟანგბადი) ბუშტუკები;
  • მასწავლებლის დახმარებით გამოსახავენ ელექტროდებზე მიმდინარე პროცესებს:

კათოდზე მიმდინარე რეაქცია: Cu2+(ხსნ) + 2e- → Cu0

ანოდზე მიმდინარე რეაქცია: 2H2O (თხ) → O(აირი) + 4H+(ხსნ) + 4e-

  • გამოყოფილი ჟანგბადი რეაგირებს ანოდთან და წარმოიქმნება CO2;
  • ელექტროდებისთვის ადგილის შეცვლის შემდეგ მოსწავლეები შენიშნავენ, რომ სპილენძი თანდათან ქრება სპილენძით დაფარული ანოდის ზედაპირიდან, რადგან აქ მიმდინარეობს რეაქცია: Cu0 → Cu2+(ხსნ) + 2e- დაადგენენ, რომ
    • თუ ელექტროდებად გამოიყენებენ სპილენძის ფირფიტებს, სპილენძის ანოდი იშლება. აქ მიმდინარეობს კათოდზე მიმდინარე ზემოთ აღწერილი რეაქციის საწინააღმდეგო პროცესი;
    • ელექტროდების განმეორებითი აწონა აჩვენებს, რომ კათოდის მასის ნამატი ანოდის მიერ დაკარგული მასის ტოლია.

 

რეკომენდაციები

  • გრაფიტის ელექტროდების დამაგრების რამდენიმე გზა არსებობს. ყველაზე მარტივია მომჭერების გამოყენება. შესაძლებელია მათი დამაგრება ქიმიურ ჭიქაზე პლასტირის გამოყენებით;
  • წრედში ჩართული ნათურის დანიშნულებაა იმის ჩვენება, გადის თუ არა წრედში დენი;
  • სასარგებლო იქნება, თუ მოსწავლეები გამოიყენებენ სასკოლო ლაბორატორიაში არსებულ ფურცლოვანი სპილენძის საგნებს (არ შეიძლება პირადი ნივთების გამოყენება);
  • გალვანოპლასტიკა - ელექტროლიტური გამოლექვის გზით საგნის ზედაპირზე მეტალის შედარებით სქელი ფენის მიღება. გალვანოპლასტიკის მიზანია საგნის ზუსტი მეტალური ასლის დამზადება;
  • გალვანოსტეგია - მეტალის ზედაპირზე, მისი კოროზიისგან დაცვის მიზნით, სხვა მეტალის თხელი ფენის გამოლექვა ელექტროლიტური გზით.

 

უსაფრთხოება

  • შემოთავაზებული კონცენტრაციის (0.5M) სპილენძის (II) სულფატი ნაკლებად საშიშია. კონცენტრაციის ზრდასთან ერთად მისი ტოქსიკურობა იზრდება. 1M კონცენტრაციის ხსნარი სახიფათოა;
  • აუცილებელია დამცავი სათვალეების და ხელთათმანების გამოყენება.