Робота 6.3. Електрохімічний синтез перманганату.

Мета роботи: одержати електролізом перманганат-іон у водному розчині та визначити його вихід за струмом.

Промисловий електрохімічний синтез перманганату полягає в анодному розчиненні мангану в лужному розчині. Зазвичай як анод використовують не чистий марганець, а його сплав із залізом, вуглецем та силіцієм – так званий фероманган. Катод повинен бути зроблений з інертного в лужному середовищі металу, наприклад, з нікелю або зі сталі.

На аноді при електролізі одночасно перебігають два процеси:

основний –

та побічний – .

Внаслідок наявності побічного анодного процесу вихід за струмом перманганат-іону не може бути 100 % – вим.

На катоді також відбуваються два паралельні процеси:

виділення водню з води

і відновлення утвореного на аноді іона за реакцією

.

Зазначений вторинний процес перетворення перманганат-іона на катоді також призводить до суттєвого зниження виходу за струмом. Отже, очікуваний у цьому випадку буде меншим, ніж 100 %.

Перед роботою анод зачищають наждаковим папером до появи металічного блиску і промивають дистильованою водою. У склянку, що слугує електролізером, мірним циліндром наливають 100 – 200 см³ (за вказівкою викладача) 20 % – вого водного розчину Na₂СО₃ і занурюють в нього електроди. Електролізер послідовно з’єднують з амперметром і підключають до джерела постійного струму. Встановлюють зазначену викладачем силу струму і вмикають секундомір. Електроліз проводять протягом 40 – 60 хвилин.

Концентрацію утвореного в розчині перманганату визначають титруванням. Для цього відбирають піпеткою 25 см³ проби і виливають до конічної колби, доливають сірчану кислоту для нейтралізації соди та створення кислого середовища (після закінчення виділення газу з розчину додають деякий надлишок розчину кислоти), нагрівають приблизно до температури 50 – 60 ^о С і титрують 0,1 – нормальним розчином оксалатної (щавлевої) кислоти до знебарвлення. За даними титрування розраховують концентрацію моль-еквівалентів у розчині та загальну масу утвореного , використовуючи рівняння:

,

де – нормальність розчину перманганату; – загальний об’єм розчину;

– молярна маса еквіваленту (при титруванні

оксалатною кислотою ступінь окислення мангану зменшується від +7 до +2, тобто в процесі відновлення беруть участь 5 електронів).

За кількістю пропущеної через розчин електрики розраховують на основі (6.2) теоретичну масу перманганат-іона, виходячи з того, що внаслідок анодного розчинення мангану молярна маса еквіваленту дорівнює сьомій частині молярної маси перманганат-іона

,

оскільки в основному процесі на аноді беруть участь 7 електронів. За рівнянням (6.4) обчислюють вихід за струмом.

Звіт

1. Дані експерименту:

об’єм розчину Na₂СО₃ см³;

сила струму А;

тривалість електролізу год.

2. Результати титрування:

об’єм проби см³;

об’єм титранту см³; см³; см³;

концентрація у розчині моль-екв./дм³.

3. Обчислення практичної маси перманганат-іона: г.

4. Розрахунок теоретичної маси перманганат-іона: г.

5. Розрахунок виходу за струмом: %.

6. Висновок.

ЛІТЕРАТУРА: [1, с. 513 – 516; 2, с. 405 – 409; 3, с. 433 – 436; 5, с. 357 – 360; 6, с. 199 – 205; 7, с. 143 – 147; 8, с. 56].

Перелік рекомендованої літератури

1. Физическая химия / Под ред. К.С. Краснова. – М.: Высш. шк., 1982. – 688 с.

2. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. – М.: Высш. шк., 1988, 2001. – 496 с.

3. Лебідь В.І. Фізична хімія. – Харків: Фоліо, 2005. – 480 с.

4. Практикум по физической химии / Под ред. С.В. Горбачева. – М.: Высш. шк., 1974. – 496 с.

5. Практикум по физической химии / Под ред. Н.К. Воробьева. – М.: Химия, 1975. – 368 с.

6. Практические работы по физической химии / Под ред. К.П. Мищенко, А.А. Равделя, А.М. Пономаревой. – Л.: Химия, 1982. – 400 с.

7. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А. Равделя, А.М. Пономаревой. – Л.: Химия, 1983, 1999. – 232 с.

8. Фізична хімія: Методичні вказівки для самостійної роботи студентів напряму підготовки 6.051301 «Хімічна технологія» усіх форм навчання / Уклад.: Г.А. Рудницька, Т.А. Каменська, Т.В. Кірсенко, І.О. Ренський. – К.: НТУУ «КПІ», 2010. – 60 c.

Зміст

Вступ 3

1. Кінетика хімічних реакцій у розчинах 5

Робота 1.1. Дослідження кінетики розкладу пероксиду водню у

водному розчині за сталої температури 10

Робота 1.2. Дослідження впливу температури на швидкість процесу

розкладу пероксиду водню у водному розчині 14

Робота 1.3. Дослідження кінетики реакції окиснення йодиду калію

персульфатом калію 16

Робота 1.4. Дослідження кінетики реакції окиснення йодиду

калію персульфатом калію 19

2. Кінетика гетерогенних процесів 20

Робота 2.1. Дослідження кінетики розчинення твердої кислоти у

воді 24

Робота 2.2. Дослідження кінетики реакції нейтралізації між

твердою кислотою та розчином лугу 27

3. Електропровідність розчинів електролітів 30

Робота 3.1. Визначення константи електролітичної комірки 34

Робота 3.2. Дослідження електропровідності розчинів сильних та

слабких електролітів 36

Робота 3.3. Визначення константи дисоціації слабкого електроліту 37

Робота 3.4. Кондуктометричне титрування 38

4. Електрорушійні сили 42

Робота 4.1. Визначення ЕРС хімічних гальванічних елементів та

електродних потенціалів 47

Робота 4.2. Визначення ЕРС концентраційного гальванічного

елементу 50

Робота 4.3. Визначення добутку розчинності галогеніду арґентуму

у водному розчині 51

Робота 4.4. Потенціометричне титрування 53

5. Потенціометричне визначення 58

Робота 5.1. Калібрування – метра 62

Робота 5.2. Вимірювання розчинів 62

6. Електроліз 63

Робота 6.1. Електролітичне одержання міді 66

Робота 6.2. Електроліз води 67

Робота 6.3. Електрохімічний синтез перманганату 71

Перелік рекомендованої літератури 74