Лабораторная работа № 14 Ряд напряжений. Гальванические элементы (гэ)
Гальванические элементы (ГЭ) – это химические источники тока (ХИТ) одноразового действия. Они состоят из электродов (проводники первого рода), погруженных в растворы или расплавы электролитов (проводники второго рода). В ГЭ энергия химической окислительно-восстановительной реакции непосредственно преобразуется в электрическую.
Простейшая электрохимическая схема ГЭ :
(-) электрод, / электролит 1 // электролит 2 / электрод, (+)
имеющий меньшее С1 (моль/л) С2 (моль/л) имеющий большее
значение электродного значение электродного
потенциала потенциала
Электрохимический процесс занимает важное место на пути превращения химической энергии топлива в электрическую. Электрохимические превращения находят своё воплощение и в других химических источниках
тока (топливные элементы, аккумуляторы). Мощность всех работающих в настоящее время ХИТ соизмерима с мощностью всех электростанций в мире. Они обеспечивают автономное питание радиотехнической и электронной аппаратуры, работают бесшумно, не загрязняют окружающую среду, просты в обслуживании, имеют высокий КПД.
Цель работы
1. Исследовать восстановительную способность металлов в ряду напряжений.
2. Собрать цинково-медный гальванический элемент, измерить его напряжение при различных концентрациях солей цинка и меди.
3. Рассчитать теоретическое значение напряжения гальванического элемента.
4. Определить абсолютную и относительную ошибки опыта.
Опыт №1. Вытеснение водорода из кислоты металлами
Выполнение опыта
В три пробирки налить по 2–3 мл 2н. раствора соляной кислоты HCl и поместить (порознь) по кусочку магния, цинка и меди, предварительно зачищенных наждачной бумагой с целью удаления оксидных пленок.
Наблюдения и выводы
1. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.
2. Какие из взятых металлов вытесняют водород из разбавленной соляной кислоты?
3. Составить электронные уравнения к ОВР.
4. Объяснить различную скорость вытеснения водорода из кислоты металлами.
5. Разместить металлы в ряд в порядке уменьшения их активности. Сравнить с рядом напряжений металлов.
Опыт №2. Вытеснение металлов из растворов их солей другими металлами
Выполнение опыта
Налить в две пробирки по 2 – 3 мл 0,5н. раствора сульфата меди CuSO4 и опустить в одну из них, очищенную от ржавчины, железную проволоку, в другую – очищенную алюминиевую проволоку. Проделать аналогичный опыт с 0,1н. раствором нитрата свинца Pb(NO3)2, опустив в одну из пробирок гранулированный цинк, в другую – медную проволоку.
Наблюдения и выводы
Результаты наблюдений записать в таблицу 14.1. Отметить знаком «+» вытеснение металла из раствора его соли и знаком «–» отсутствие вытеснения.
Таблица 14.1
Результаты наблюдений
Металл, опускаемый в раствор соли |
Ионы металлов в растворе. |
||
Cu+2 |
Pb+2 |
||
Fe |
|
|
|
Al |
|
|
|
Zn |
|
|
|
Cu |
|
|
|
Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций, сопроводить их электронными уравнениями.
Опыт №3. Цинково-медный гальванический элемент
Выполнение опыта
Собрать прибор, изображенный на схеме 14.2. Один из стаканов наполнить раствором сульфата меди С(CuSO4) = 1моль/л и опустить в него медную пластинку, а второй – раствором сульфата цинка С(ZnSO4)=1моль/л и опустить в него цинковую пластинку. Пластинки хорошо зачистить наждачной бумагой. Соединить растворы в стаканах электролитным мостиком, заполненным раствором хлорида калия KCl.
Использовать различные концентрации растворов: ZnSO4 (1М), CuSO4 (1М); ZnSO4 (0,1М), CuSO4 (1M); ZnSO4 (1М), CuSO4 (0,1M) и другие (по указанию преподавателя).
С помощью рН-метра, иономера или вольтметра замерить электродные потенциалы анода и катода, а затем и напряжение ГЭ (метод измерения описан в лабораторной работе №13 «Определение электродных потенциалов металлов»).
Схема 14.2. Цинково-медный гальванический элемент