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Démonstration de chimie d'électrolyse rouge, blanche et bleue

Science
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Voici une démonstration de chimie électrochimique parfaite pour le 4 juillet ou une autre fête patriotique. Utilisez des ponts de sel pour connecter trois béchers de liquides (transparent, rouge, transparent). Appliquez une tension et regardez les solutions devenir rouges, blanches et bleues.

Matériaux de démonstration d'électrolyse de couleurs patriotiques

  • 500 ml de nitrate de potassium 1M, KNO3 (fais ça)
  • 1 ml de solution d'indicateur de thymolphtaléine (en faire)
  • 2 ml de solution de phénolphtaléine
  • environ 2 ml d'hydroxyde de sodium 0,1 M, NaOH (faire ceci)
  • environ 1 ml d'acide sulfurique 0,1 M, H2DONC4 (fais ça)
  • 3 béchers de 250 ml
  • 3 tiges de carbone de 8 mm x 200 mm
  • Fil de cuivre non isolé de 14 cm de 25 cm
  • Tube en caoutchouc de 10 cm, diamètre extérieur d'environ 5 mm
  • Bouchon en caoutchouc # 6, 1 trou
  • 2 tubes en U, 100 mm, diamètre extérieur 13 mm
  • 4 boules de coton
  • 3 bâtonnets d'agitation en verre de 20 cm
  • alimentation CC réglable pouvant produire 1 ampère à 10 volts (par exemple, chargeur de batterie automobile)
  • clip clips

Préparez la démonstration rouge, blanche et bleue

  1. Versez 150 mL de 1,0 M KNO3 dans chacun des trois béchers.
  2. Alignez les béchers en ligne. Placer une électrode de carbone dans chaque bécher.
  3. Enroulez une extrémité du fil de cuivre autour d'une des électrodes de carbone à la fin de la rangée. Glissez le tube en caoutchouc sur le fil de cuivre pour couvrir le fil exposé qui sera entre les électrodes. Enroulez l'autre extrémité du fil de cuivre autour de la troisième électrode de carbone, à la fin de la rangée de béchers. Sautez la tige de carbone centrale et assurez-vous qu'aucun cuivre exposé ne la touche.
  4. Remplissez les deux tubes en U avec 1M KNO3 Solution. Bouchez les extrémités de chaque tube avec des boules de coton. Inversez l'un des tubes en U et accrochez-le sur le bord du bécher gauche et central. Les bras du tube en U doivent être immergés dans le liquide. Répétez la procédure avec le deuxième tube en U et les béchers central et droit. Il ne doit pas y avoir de bulle d'air dans les tubes en U. Le cas échéant, retirez le tube et remplissez-le de nouveau avec KNO3 Solution.
  5. Placer une tige d'agitation en verre dans chaque bécher.
  6. Assurez-vous que l'alimentation est coupée, puis connectez la borne positive (+) à l'électrode centrale en carbone et la borne négative (-) à l'une des électrodes externes en carbone.
  7. Ajouter 1 ml de solution de thymolphtaléine dans le bécher à droite et 1 ml d'indicateur de phénolphtaléine dans chacun des deux autres béchers.
  8. Ajouter 1 ml de solution de NaOH 0,1 M dans le bécher du milieu. Remuez le contenu de chaque bécher. De gauche à droite, les solutions doivent être: claires, rouges, claires.
  9. Ces solutions peuvent être stockées dans des conteneurs scellés et peuvent être réutilisées pour répéter la démonstration. Si les couleurs deviennent pâles, une solution d'indicateur supplémentaire peut être ajoutée.

Effectuer la démonstration

  1. Allumez l'alimentation. Ajustez-le à 10 volts.
  2. Attendez 15 minutes. Coupez l'alimentation et remuez chaque solution.
  3. À ce stade, les solutions doivent maintenant apparaître rouges, incolores et bleues. Vous voudrez peut-être placer une feuille de papier ou un carton blanc derrière les béchers pour afficher les couleurs. De plus, cela fait apparaître le bécher central blanc.
  4. Vous pouvez remettre les solutions à leurs couleurs d'origine en inversant les connexions à l'alimentation en l'ajustant à 10 volts et en laissant 20 minutes avant de couper l'alimentation et de remuer les solutions..
  5. Une autre façon de redonner aux solutions leurs couleurs d'origine est d'ajouter 0,1 M H2DONC4 aux béchers à l'extrémité jusqu'à ce que les liquides deviennent incolores. Ajouter 0,1 M de NaOH dans le bécher du milieu jusqu'à ce que le liquide passe du transparent au rouge.

Disposition

Une fois la démonstration terminée, les solutions peuvent être rincées à l'égout avec de l'eau.

Comment ça fonctionne

La réaction chimique dans cette démonstration est une simple électrolyse de l'eau:

Le changement de couleur est le résultat du changement de pH accompagnant l'électrolyse agissant sur les indicateurs de pH, qui ont été sélectionnés pour produire les couleurs souhaitées. L'anode est située dans le bécher central, où l'eau est oxydée pour produire de l'oxygène gazeux. Des ions hydrogène sont produits, diminuant le pH.

2 H2O (l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-

Les cathodes sont situées de chaque côté de l'anode. Dans ces béchers, l'eau est réduite pour former de l'hydrogène gazeux:

4 H2O (l) + 4 e- → 2 H2(g) + 4 OH-(aq)

La réaction produit des ions hydroxyde, qui augmentent le pH.

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Les références

B. Z. Shakhashiri, 1992, Démonstrations chimiques: un manuel pour les professeurs de chimie, vol. 4, pp. 170-173.
R. C. Weast, Ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 66e éd., P. D-148, CRC Press: Boca Raton, FL (1985).

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