Література для оформлення роботи і підготовки теоретичного матеріалу
Опрацювати підрозділи 11.1, 11.8 підручника [6] та підрозділи 4.1, 4.2 посібника [3].
Лабораторна робота 10 Гальванічні елементи Теоретична частина
Окисно-відновний
потенціал металу називають електродним
потенціалом
,
оскільки метал виконує функцію електрода.
Найчастіше його вимірюють відносно
стандартного водневого електрода,
потенціал якого умовно беруть за такий,
що дорівнює нулю (
).
Різницю потенціалів у ланцюгу
при
активності металу, що дорівнює 1 моль/л,
і при температурі 250 С
називають стандартним електродним
потенціалом металу (
).
Якщо
на металічному електроді відбувається
процес окиснення, його електродний
потенціал має негативне значення (
).
Якщо на металічному електроді відбувається
процес окиснення, його електродний
потенціал має позитивне значення (
).
Розташовуючи метали у порядку зростання стандартних електродних потенціалів, отримують електрохімічний ряд напруг металів :
Чим
менше значення
,
тим сильніше виражена відновна здатність
металів і тим слабкіше виражені окисні
властивості їх йонів.
Електродний потенціал металу можна розрахувати за рівнянням Нернста:
(при 250
С),
де
- молярна концентрація йонів металу у
розчині;
-
заряд йона металу.
Гальванічний
елемент – це джерело електричної
енергії, яка утворюється за рахунок
окисно – відновного процесу. Реакція
окиснення відбувається на одному
електроді (аноді), а реакція відновлення
– на іншому (катоді). Роль катода виконує
метал з меншим значенням електродного
потенціалу (
).
У кадмієво-цинковому гальванічному елементі
,
де
– анод, негативно заряджений електрод,
джерело електронів;
– катод, позитивно заряджений електрод.
В елементі відбувається реакція:
,
(анод)
(окиснення),
(катод)
(відновлення).
ЕРС (
)
гальванічного елемента дорівнює різниці
електродних потенціалів катода та
анода:
.
Стандартна
ЕРС гальванічного елемента дорівнює
В.
Гальванічний елемент може бути складений не лише з електродів, що представлені різними металами, але й з електродів одного металу, занурених у розчини одного й того ж електроліту, проте з різною концентрацією йонів. Такий гальванічний елемент називається концентраційним.
Контрольні запитання і вправи
1
Розрахуйте електродний
потенціал срібла, поміщеного в розчин
його солі з концентрацією 0,001 моль/л (
В).
2 Складіть схеми двох елементів, в одному з яких свинець є анодом, а в іншому – катодом. Складіть рівняння електродних процесів і розрахуйте стандартні ЕРС цих елементів.
3 Розрахуйте ЕРС концентраційного гальванічного елемента, складеного з двох мідних електродів, один з яких поміщений в розчин 0,001 М купрум(ІІ) сульфату, а інший – в 1 М розчин купрум(ІІ) сульфату.
Практична частина
Мета роботи – визначити ЕРС гальванічних елементів.
Обладнання і реактиви: мілівольтметр, U-подібний електролітичний місток, хімічні стакани, пробірки, пластинки міді, заліза, свинцю, цинку, сіль Мора; розчини: калій хлориду (насич.), купрум(ІІ) сульфату (1 М), цинк сульфату (1 М, 0,01 М), плюмбум(ІІ) нітрату (0,5 Н), аргентум нітрату (0,1 М).
ДОСЛІД 3.10.1 Порівняльна активність металів
Налити у 5 пробірок по 1 мл розчинів солей: у першу – цинк сульфату, у другу – розчину солі Мора, у третю плюмбум(ІІ) нітрату, у четверту – купрум(ІІ) сульфату, у п’яту – аргентум нітрату. Помістити в розчини пластинки металічного цинку. Відмітити спостереження. Повторити досліди із залізними, свинцевими та мідними пластинками. З розчинів яких солей витісняються метали? Записати метали в порядку зменшення їх відновної активності. Порівняти експериментальний ряд металів з їх положенням в електрохімічному ряді напруг.
ДОСЛІД 3.10.2 Вимірювання ЕРС гальванічного елемента
Скласти гальванічний елемент за схемою
.
Для цього в стакани з розчинами солей металів занурити пластинки відповідних металів, замкнути півелементи соляним містком і сполучити електроди за з мікровольтметром. Виміряти ЕРС після встановлення стаціонарного значення напруги на шкалі приладу.
Записати схему гальванічного елемента, показати напрямок руху електронів у зовнішньому ланцюгу, скласти рівняння електродних процесів і сумарне рівняння реакції, в результаті якої утворюється електричний струм, розрахувати теоретичне значення ЕРС. Порівняти отримане значення ЕРС з розрахованим теоретично. Визначити відносну похибку вимірювання.
ДОСЛІД 3.10.3 Концентраційний гальванічний елемент
Занурити пластинки відповідних металів у стакани з розчинами солей цинку різної концентрації: перший стаканчик – 1 М , другий – 0,01 М . Замкнути півелементи соляним містком і сполучити електроди з мікровольтметром. Виміряти ЕРС після встановлення стаціонарного значення напруги на шкалі приладу.
Записати схему гальванічного елемента, показати напрямок руху електронів у зовнішньому ланцюгу , скласти рівняння електродних процесів, розрахувати теоретичне значення ЕРС. Порівняти отримане значення ЕРС з розрахованим теоретично. Визначити відносну похибку вимірювання.