Elektrolyse forsøg: få kobber til at lægge sig på katoden

Er elektrolyse et elevforsøg eller en lærerdemonstration?

Elektrolyse af kobbersulfat er et elevforsøg; elektrolyse af kobberchlorid er en lærerdemonstration i stinkskab, og ved elektrolyse af vand er opsamling, aflæsning af volumener og knaldgasprøve lærerdemonstration, mens eleverne må se boblerne i et åbent bæger efter din risikovurdering. VEJ 9111 (afsnit 2.2.1) siger, at det så vidt muligt skal undgås, at elever i grundskolen bruger stoffer med de listede H-sætninger, og at underviseren til enhver tid helt eller delvist kan demonstrere indholdet. H-sætningerne nedenfor er anmeldte klassificeringer fra ECHA’s C&L-inventar via PubChem (17.-18.10.2026). For kobbersulfat bekræfter den harmoniserede klassificering i bilag VI (oprindelig udgave; senere tilpasninger kan have ændret den) de samme koder.

Risikovurdering: kobbersulfat som elevforsøg

Kobbersulfat er elevforsøg med briller og handsker, og affaldet er miljøfarligt (H410).

Risikovurdering: kobberchlorid som lærerdemonstration

Kobberchlorid viser kun du, i stinkskab, fordi stoffet er anmeldt med H301 og anoden danner chlor.

Læs mere under sikkerhed i faglokalet.

Hvad skal du bruge til elektrolyse af kobbersulfat?

Du skal bruge kobbersulfatopløsning, to grafitelektroder, en lavspændingskilde og værnemidler. Koncentration, mængde, strøm og tid fastlægger du selv. Som reference bruger RSC en 1,0 M opløsning (200 cm³), kobberfolie som elektroder, 0,50 A og ca. 30 minutter.

• Kobbersulfatopløsning fra din leverandør af skolekemikalier og destilleret vand til fremstilling og skylning. Brug ikke vand fra hanen: det kan indeholde chlorid, og så kan anoden danne chlorgas.
• To grafitstænger som elektroder. Kobberplader bruges i udfordringen nedenfor. RSC’s tal er målt med kobberelektroder og gælder ikke uden videre for grafit.
• Jævnstrømskilde med lav spænding: en lavspændingsforsyning eller batterier i serie.
• Bægerglas (plastbæger, hvis det er egnet), ledninger og krokodillenæb, pincet og stopur.
• Vægt, hvis eleverne skal veje katoden. En vægt, der kun viser 0,01 g, er for grov til små masser (se beregningen nedenfor). Uden vægt kan eleverne i stedet beskrive belægningen.
• Briller, handsker, kittel og en mærket beholder til miljøfarligt affald.

Hvad er hypotesen og variablene i elektrolyseforsøget?

I elektrolyseforsøget er den uafhængige variabel strømstyrken eller tiden (vælg én), og den afhængige er kobbermassen på katoden eller blot belægningen.

Eksempel på en hypotese, der kan afprøves: «Hvis vi sender strøm gennem opløsningen, dannes der kobber på katoden, fordi kobberionerne optager elektroner.» Til den kvantitative udgave kan eleverne gætte på, hvad fordoblet strøm i samme tid gør ved massen.

Hvordan laver du elektrolyse af kobbersulfat trin for trin?

Du sætter to elektroder i opløsningen, kobler katoden til minuspolen og anoden til pluspolen, sender strøm gennem i den aftalte tid og undersøger katoden.

1. Tag briller og handsker på, og tegn opstillingen (figur 1). Tør spild straks, og hæld aldrig kobbersulfat i vasken.
2. Hæld opløsningen i bægerglasset. Mængden aftaler du.
3. Skyl elektroderne i destilleret vand. Hvis I vejer, så mål og notér katodens startmasse.
4. Sæt elektroderne i opløsningen med fast afstand. De må ikke røre hinanden.
5. Kobl katoden til minuspolen og anoden til pluspolen. Start stopuret.
6. Notér, hvad I ser ved hver elektrode, fx farve, bobler og belægning, ved de intervaller, I har aftalt.
7. Sluk efter den aftalte tid. Tag katoden op med pincet.
8. Skyl katoden i destilleret vand, lad den tørre, og vej den. Skriv resultatet i måleskemaet.
9. Aflevér opløsning, skyllevand og brugte elektroder i affaldsbeholderen efter din anvisning.
10. Besvar evalueringsspørgsmålene.

Hvad sker der ved katoden og anoden?

Ved katoden udfældes kobber: Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu. Lex.dk beskriver reaktionen ved den negative pol (katoden) i en kobberchloridopløsning, og kobberionerne er de samme i kobbersulfat. Kobberet kommer altså fra opløsningens ioner og ikke fra elektroden. I kobberchlorid danner anoden (den positive pol) chlor: 2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻ (lex.dk), og derfor er den variant kun en lærerdemonstration. Ved grafitanoden i kobbersulfat dannes ilt: 2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻ (RSC), så eleverne ser bobler ved anoden. RSC tilføjer, at ilten med grafitelektroder ofte reagerer med anoden og danner CO₂, så boblerne er ikke ren ilt.

Hvor meget kobber kan eleverne forvente?

Teoretisk giver 0,50 A i 30 minutter 0,296 g kobber, og 0,10 A i 10 minutter giver 0,020 g. Det er beregnet, ikke målt, og forudsætter 100 % strømudbytte og konstant strøm. Faradays lov: m = M · I · t / (z · F) med M = 63,546 g/mol (CIAAW), F = 96 485,33 C/mol (NIST) og z = 2.

Ved 0,020 g og en vægt, der kun viser 0,01 g, kan selve aflæsningen afvige med op til ca. 50 % (beregnet). Brug derfor en vægt, der viser 0,001 g, eller lad forsøget køre længere eller med større strøm. RSC skriver, at eleverne får Faraday-konstanten rigtig inden for ca. 10 %, og at hovedfejlen er, at strømmen er svær at holde konstant. RSC angiver ingen målte masser. Mål dine egne data.

Hvad hvis anoden er kobber?

Er anoden kobber, opløses den, mens katoden vokser. RSC bruger anodens massetab til at beregne Faraday-konstanten og beder eleverne forklare, hvorfor anodens massetab er et bedre mål end katodens tilvækst. Lad eleverne sammenligne anodens tab med katodens vækst. Resultaterne skal de måle selv.

Kan klassen også lave elektrolyse af vand?

Ja, delt mellem elever og lærer: eleverne ser boblerne i et åbent bæger med natriumsulfat, og du viser selv opsamlingen af gasserne og knaldgasprøven. Hvad der sker kemisk ved katoden og anoden, står på siden om elektrolyse af vand.

Skal demonstrationen vise volumenforholdet 2:1, skal vandet ifølge RSC først være mættet med opløst ilt: kør elektrolysen nogle minutter, og slip den første gas ud. RSC’s mikroskalaforsøg bruger et 9 V batteri og tager ca. 25 minutter; hydrogenvolumenet bliver størst, og hvis strømmen er tændt længe nok, svarer forholdet til 2:1.

Brug natriumsulfat som elektrolyt: ingen H-sætninger hos 96,5 % af anmelderne. Nogle vejledninger bruger saltsyre. Ifølge bilag VI (oprindelig udgave; senere tilpasninger kan have ændret grænserne) er saltsyre først H314 fra 25 %, og under 10 % udløses ingen af H314, H315, H319 og H335, så ved fortyndet saltsyre er det ikke syren, der er problemet. Elektrolyse af en chloridopløsning danner chlor ved anoden, så natriumsulfat er det sikrere valg. Faren er produktgasserne: hydrogen er H220 og står på listen, og blandet med ilt er det knaldgas.

Eleverne kan se boblerne ved elektroderne i et åbent bæger med natriumsulfat efter din risikovurdering. Opsamling af gasserne, aflæsning af volumenforholdet og knaldgasprøven viser du selv, fordi hydrogen er H220 og står på grundskolelisten. Siden gengiver kun RSC’s tal og angiver ingen egne gasmængder.

Måleskema til eleverne

Eleverne udfylder først, hvad de ser, og derefter masserne. Rækkerne er et udgangspunkt; tilføj flere efter behov.

Til evalueringen kan eleverne tegne Cu²⁺-ioner og elektroner ved katoden og forklare, hvor kobberet kommer fra, og sammenligne den målte masse med den beregnede.

Hvilke fejlkilder påvirker resultatet?

I elektrolyseforsøget giver en strøm, der ikke holdes konstant, den største fejl på massen (RSC); den vigtigste sikkerhedsfejl er chlorid i opløsningen, som kan give chlorgas.

Hvad spørger eleverne om ved elektrolyse?

Elever spørger oftest om, hvor kobberet kommer fra, og hvorfor kobberchlorid kun er lærerdemonstration; svarene nedenfor kan bruges direkte i timen.

Kommer kobberet fra elektroden?

Ikke ved grafitelektroder. Kobberet kommer fra Cu²⁺-ionerne i opløsningen, som optager elektroner ved katoden og bliver til kobber.

Hvorfor må vi ikke bruge hanevand?

Fordi hanevand kan indeholde chlorid. Chlorid-ioner kan afgive elektroner ved anoden og danne chlorgas (lex.dk), og chlorgas er netop det, du vil undgå i klasselokalet.

Er anoden den positive pol ved elektrolyse?

Ja. Lex.dk kalder den positive pol anoden og den negative pol katoden. Det er derfor, anoden på opstillingen er koblet til pluspolen.

Hvorfor er kobberchlorid kun en lærerdemonstration?

Fordi kobberchlorid er anmeldt med H301 hos 86 % af anmelderne i ét sæt (29 anmeldere), og H301 står på VEJ 9111’s liste, og fordi anoden danner chlor, der er anmeldt som H330/H331. Du må altid demonstrere forsøget selv.

Hvor kan du læse videre?

Læs, hvad elektrolyse er. Sikkerhedsreglerne står under reglerne i VEJ 9111, flere øvelser finder du i forsøgsbanken, og forsøget træner Fælles Mål-kompetencerne Undersøgelse og Modellering: ion-modellen forklarer, hvorfor kobber sætter sig på katoden.

Der findes endnu ikke et hæfte om selve elektrolysen. Til elevernes rapport kan du bruge tavletid.dk’s hæfte om forsøgsrapport og sikkerhed (8. klasse). Det er generelt og handler ikke om elektrolyse.

Hvilke kilder bygger siden på?

fysik.dk har ikke selv udført forsøget. Masserne ovenfor er beregnet, og resten er hentet fra kilderne nedenfor.

• RSC, Quantitative electrolysis of aqueous copper(II) sulfate — 1,0 M, 0,50 A, ca. 30 min, ca. 10 %
• RSC, How to teach gases at 14-16 — 2:1 med forbehold om opløst ilt
• RSC, Electrolysis using a microscale Hoffman apparatus — 9 V, ca. 25 min
• lex.dk, elektrolyse — katode og anode, Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
• PubChem, GHS-klassificering (ECHA-linjer) — kobbersulfat CID 24462, kobberchlorid CID 24014, natriumsulfat CID 24436, hydrogen CID 783, ilt CID 977
• RSC, Electrolysis of copper(II) sulfate solution — ilt ved anoden, kobber ved katoden
• NIST, Faraday-konstanten — 96 485,332 12… C/mol
• CIAAW, kobber — Ar(Cu) = 63,546(3)
• AT-vejledning VEJ nr. 9111 — afsnit 2.2.1