Elektrolisis larutan kuprum(II) sulfat

Elektrolisis larutan kuprum(II) sulfat ialah eksperimen yang menunjukkan elektrolisis bukan satu proses yang tetap, hasilnya bergantung pada ion yang hadir dan, yang paling penting, pada bahan elektrod. Ia muncul dalam bab Keseimbangan Redoks Tingkatan 5 kerana ia menerangkan nyahcas terpilih dan menyediakan asas penulenan kuprum serta penyaduran elektrik. Jalankan kedua-dua versi di bawah, bandingkannya, kemudian latih jawapan Kertas 3.

Tujuan

Untuk menyiasat elektrolisis larutan kuprum(II) sulfat menggunakan elektrod karbon (lengai) kemudian elektrod kuprum, mengenal pasti hasil di setiap elektrod, dan menerangkan kesan bahan elektrod.

Radas dan bahan

• Bikar atau sel elektrolisis
• Dua elektrod karbon (grafit) dan dua elektrod kuprum
• Bateri atau bekalan kuasa a.t., ammeter, suis dan wayar penyambung
• Larutan kuprum(II) sulfat
• Tabung uji dan kayu uji (untuk ujian gas)
• Gogal keselamatan

Prosedur

1. Tuang larutan kuprum(II) sulfat ke dalam bikar.
2. Pasang dua elektrod karbon dan sambungkannya melalui suis, ammeter dan bateri.
3. Tutup suis dan biarkan arus mengalir selama beberapa minit.
4. Perhatikan setiap elektrod dan catat sebarang perubahan warna larutan.
5. Kumpul gas yang dibebaskan di anod dalam tabung uji dan uji dengan kayu uji berbara.
6. Tutup suis, kemudian ganti elektrod karbon dengan dua elektrod kuprum.
7. Ulang langkah 3 dan 4, memerhatikan anod, katod dan warna larutan.
8. Rekod semua pemerhatian bagi kedua-dua set elektrod dalam jadual.

Pemerhatian yang dijangka

• Dengan elektrod karbon: pepejal perang (kemerahan) terenap pada katod; gelembung gas dibebaskan di anod dan menyalakan semula kayu uji berbara, menunjukkan oksigen; dan warna biru larutan beransur-ansur pudar.
• Dengan elektrod kuprum: katod menjadi bersalut kuprum baharu dan kelihatan lebih tebal; anod kuprum larut dan menjadi lebih nipis; dan warna biru larutan kekal lebih kurang sama.

Terangkan enapan, gas dan warna larutan; jangan mereka jisim yang bertambah atau isipadu gas.

Inferens dan kesimpulan

Dengan elektrod karbon lengai, hasil ditentukan oleh nyahcas terpilih. Larutan mengandungi ion kuprum(II) dan ion hidrogen di katod; kuprum(II) lebih rendah dalam siri elektrokimia, jadi ia dinyahcas secara pilihan dan kuprum terenap melalui penurunan. Di anod, ion hidroksida dinyahcas secara pilihan berbanding ion sulfat, dan oksigen dibebaskan melalui pengoksidaan. Kerana ion kuprum dikeluarkan dan tidak diganti, warna biru pudar. Dengan elektrod kuprum, tindak balas katod sama, tetapi anod kuprum sendiri teroksida dan larut, membebaskan ion kuprum(II) ke dalam larutan sepantas ia terenap di katod. Kepekatan ion kuprum(II), dan dengan itu warna biru, kekal malar. Dalam kedua-dua kes, penurunan berlaku di katod dan pengoksidaan di anod, jadi elektrolisis ialah proses redoks; perbezaannya ialah anod kuprum mengambil bahagian dalam tindak balas manakala anod karbon tidak.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

• Hipotesis. “Jenis elektrod yang digunakan mengubah hasil elektrolisis larutan kuprum(II) sulfat, terutamanya tindak balas di anod.” Nyatakan hubungan yang boleh diuji.
• Pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah jenis elektrod (karbon atau kuprum); pemboleh ubah bergerak balas ialah perubahan di setiap elektrod dan warna larutan; pemboleh ubah dimalarkan ialah kepekatan dan isipadu larutan, arus, masa dan saiz elektrod.
• Menjadualkan data. Gunakan lajur untuk bahan elektrod, pemerhatian katod, pemerhatian anod dan perubahan warna, supaya kedua-dua kes berada bersebelahan.
• Membuat inferens. Daripada oksigen di anod dan kuprum di katod dengan elektrod karbon, infer bahawa ion hidroksida dan kuprum(II) dinyahcas secara pilihan berbanding ion sulfat dan hidrogen.
• Definisi secara operasi. “Elektrod lengai ialah elektrod yang mengalirkan arus tetapi tidak mengambil bahagian dalam tindak balas, ditunjukkan di sini oleh karbon yang memberi oksigen di anod manakala kuprum larut sebaliknya.”

Langkah keselamatan

• Pakai gogal keselamatan, kerana larutan kuprum(II) sulfat merengsa dan berbahaya jika terpercik ke mata.
• Jauhkan ujian gas daripada nyalaan lain, kerana oksigen yang dibebaskan menyokong pembakaran dengan kuat.
• Gunakan hanya bekalan a.t. voltan rendah dan tangan yang kering, supaya tiada risiko renjatan elektrik.
• Lupuskan larutan kuprum(II) sulfat ke dalam bekas sisa berlabel, kerana ia mengandungi ion kuprum yang berbahaya kepada alam sekitar.

Kesilapan lazim

• Membiarkan elektrod bersentuhan, yang memintaskan sel jadi tiada nyahcas yang betul berlaku.
• Menguji gas anod dengan kayu uji bernyala dan bukan berbara, yang mengelirukan ujian oksigen.
• Melaporkan bahawa biru pudar dengan elektrod kuprum; ia kekal sama kerana anod menggantikan ion kuprum.
• Mengelirukan elektrod mana bertambah dan mana berkurang jisim dalam kes elektrod kuprum.
• Menggunakan larutan yang sangat pekat atau luar biasa, yang boleh mengubah ion mana dinyahcas dan memberi hasil yang tidak dijangka.
• Tidak membersihkan elektrod kuprum sebelum digunakan, jadi lapisan kotoran atau oksida melambatkan pelarutan anod dan enapan di katod menjadi tidak sekata.
• Menghentikan arus terlalu awal, sebelum enapan kuprum atau perubahan pada anod jelas kelihatan, lalu tersilap menyimpulkan tiada perubahan berlaku.

Bagaimana kami membantu

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu dalam talian kami, yang diajar dalam bahasa Inggeris, guru kami meletakkan kedua-dua versi bersebelahan supaya anda dapat menerangkan, dalam satu perenggan yang jelas, mengapa bahan elektrod menentukan tindak balas anod dan nasib warna biru. Yuran bermula dari RM50 sejam, dan pelajaran percubaan satu jam berbayar membolehkan anda melihat perbandingan itu diajar sebelum membuat komitmen. Kerana eksperimen ini ialah asas langsung penulenan kuprum dan penyaduran elektrik di tempat lain dalam Kimia SPM, menguasai penaakulan nyahcas terpilih di sini memberi pulangan merentasi keseluruhan topik elektrokimia dalam Kertas 2 dan Kertas 3.