Úvod do měřeníMechanikaMolekulová fyzika a termikaElektřina a magnetismusChemie

Elektrolýza roztoků jodidu draselného a síranu měďnatého

30. 7. 2013, 0:00

4. 8. 2013, 19:00

Jan Pokorný

Úvod

V tomto experimentu provedeme elektrolýzu s elektrodami ponořenými do dvou různých roztoků vzájemně propojených solným můstkem. V tom případě elektrolyzujeme dva na sobě nezávislé systémy – roztok elektrolytu u katody a roztok u anody. Solný můstek představuje pouze vodivé propojení těchto poločlánků. V každé kádince tedy můžeme mít odlišný elektrolyt a tím pádem je možné současně provádět dva rozdílné experimenty, např. stanovení vyloučených látek na katodě a v elektrolytu anody.

Jako katodu použijeme platinovou síťku, na které se bude vylučovat měď z roztoku ${\rm CuSO_{4}}$. Anodou bude platinová spirálová elektroda, na které se bude vylučovat jód z roztoku ${\rm KI}$. Elektrolyt bude během elektrolýzy měnit zabarvení vyloučeným jódem, zpočátku žlutý roztok přejde do tmavě oranžové barvy.

Po vložení stejnosměrného elektrického napětí na elektrody dojde k tomu, že kladně nabité ionty ${\rm Cu_{2^{+}}}$ v roztoku ${\rm CuSO_{4}}$ budou putovat k záporné katodě, kde přijmou dva elektrony, a vyloučí se na ní ve formě měděného po-vlaku. Ve druhé kádince, propojené s první solným můstkem, se ionty ${\rm I^{-}}$ v roztoku ${\rm KI}$ dají do pohybu směrem ke kladné anodě, kde odevzdají elektron, a vyloučí se v podobě elementárního jódu. Jód se bude rozpouštět v elektrolytu a zabarví jej.

$${\rm Katoda-redukce: Cu^{2+} + 2e^{-}\longrightarrow Cu}$$ $${\rm Anoda-oxidace: 2I^{-} – 2e^{-}\longrightarrow I_{2}}$$

Souhrnná rovnice prováděné elektrolýzy má následující tvar:

$${\rm Cu^{2+} + 2e^{-}\longrightarrow Cu + I_{2}}.$$

V této části připravíme roztoky ${\rm KI}$ a ${\rm CuSO_{4}}$ o koncentraci 0,1 mol/l a necháme probíhat elektrolýzu tak dlouho, dokud se nevyloučí dostatečné množství stanovovaných látek.

Pomůcky

Dvě vyšší 250 ml kádinky, dvě 100 ml kádinky, spirálová platinová elektroda, síťková platinová elektroda, držáky elektrod, solný můstek, dvě elektromagnetické míchačky s míchadélkem, pipety, skleněné tyčinky, lžička na chemikálie, vodiče, zdroj stejnosměrného napětí 30 V, stojan, držáky, hodinová sklíčka, kleště, sušárna, exsikátor, analytické váhy.

Chemikálie

Pentahydrát síranu měďnatého $({\rm CuSO_{4}.5H_{2}O})$, jodid draselný $({\rm KI})$, chlorid draselný $({\rm KCl})$, kyselina dusičná zředěná 1 : 1 $({\rm HNO_{3}})$, kyselina sírová o koncentraci 2 mol/l $({\rm H_{2}SO_{4}})$, ethanol $({\rm C_{2}H_{5}OH})$, destilovaná voda.

Postup

• Nejprve ve zředěné kyselině dusičné očistíme síťkovou platinovou elektrodu. Po vytažení ji dobře opláchneme destilovanou vodou a ponoříme na chvíli do kádinky s ethanolem.
• Elektrodu vytáhneme, necháme okapat a položenou na hodinovém sklíčku vložíme do sušárny vyhřáté na $({\rm 100^{°}C})$. Během sušení si připravíme roztoky elektrolytů.
• Na analytických vahách odvážíme 3,32 g ${\rm KI}$ a 4,99 g ${\rm CuSO_{4}.5H_{2}O}$, přesnou hmotnost si poznamenáme.
• Obě látky kvantitativně převedeme do vyšších kádinek s 200,0 ml destilované vody.
• Roztoky umístíme na elektromagnetické míchačky a míchání necháme zapnuté i během elektrolýzy, dbáme však na to, aby míchadélko nenaráželo do elektrod (snížíme otáčky).
• Síťkovou elektrodu vytáhneme ze sušárny a dáme zchladnout na několik minut do exsikátoru.
• Elektrodu zváženou na analytických vahách s přesností na desetinu mg poté upevníme do držáku a vložíme do kádinky s roztokem ${\rm CuSO_{4}}$, do něhož přidáme 5 ml ${\rm H_{2}SO_{4}}$ o koncentraci 2 mol/l.
• Spirálovou elektrodu také upevníme do držáku a vložíme do kádinky s roztokem ${\rm KI}$.
• Obě kádinky propojíme solným můstkem s nasyceným roztokem ${\rm KCl}$, který jsme si připravili předem do 100 ml kádinky. Obě elektrody spojíme pomocí vodičů se zdrojem stejnosměrného napětí a nastavíme co nejvyšší možný proud (optimálně 0,5 A). Elektrolýzu necháme probíhat alespoň 1 hodinu a během této doby pozorujeme barevné změny na elektrodách.

Video

Závěr

V první fázi experimentu jsme sledovali změny probíhající na elektrodách vlivem procházejícího stejnosměrného proudu. Z roztoku ${\rm KI}$ se vyloučil jód a elektrolyt se zbarvil do žlutohnědé barvy jako na obrázku 1, platinová síťka se pomědila (viz obr. 2) a modrý nádech roztoku téměř vymizel.

Poznámky

• Jako solný můstek lze použít gumovou nebo silikonovou hadici patřičné délky o vnitřním průměru alespoň 0,6 cm. Konce hadice ucpeme polštářkem z buničiny.
• Kyselinu sírovou přidáváme do roztoku ${\rm CuSO_{4}}$ z důvodu zvýšení vodivosti. Pokud je elektrolytický proud příliš nízký, přidáme kyseliny více, v krajním případě můžeme použít dva solné můstky.
• Roztok ${\rm KI}$ o koncentraci 0,1 mol/l připravujeme tak, že do kádinky napipetujeme přesně 200,0 ml destilované vody, abychom množství vyloučeného jodu mohli stanovit titrací.
• Roztok ${\rm CuSO_{4}}$ o koncentraci 0,1 mol/l není nutné připravovat přesně na 200,0 ml, neboť množství mědi určujeme gravimetricky, přesný objem tedy není potřeba.

Použitá literatura a zdroje