Методика измерения эдс

ЭДС гальванических элементов экспериментально определяют компенсационным методом, позволяющим проводить измерения в условиях их обратимой работы (рис.9). Сущность метода заключается в том, что измеряемая ЭДС уравновешивается (компенсируется) ЭДС аккумулятора.

Напряжение постоянного тока от аккумулятора 1 подается на реохорд потенциометра 2. Ключом 3 замыкают цепь на эталонный элемент Вестона 4. Перемещая контакт по реохорду, добиваются компенсации встречных ЭДС. Отсутствие тока в цепи фиксируют чувствительным гальванометром 5. Записав положение контакта на реохорде l_в, с помощью ключа 3 замыкают цепь на исследуемый элемент 6, и перемещением контакта на реохорде вновь добиваются к омпенсации ЭДС. Если положение контакта на реохорде при этом равно l_х, то , где Е_х – измеряемая ЭДС, Е_в – ЭДС элемента Вестона.

Э

2

лемент Вестона отличается большим постоянством ЭДС во времени и малым температурным коэффициентом. Одним из электродов его является 12,5% амальгама кадмия, находящаяся в контакте с насыщенным водным раствором сульфата кадмия . Второй электрод изготовлен из металлической ртути и сульфата ртути в растворе сульфата кадмия. Электрохимическая цепь элемента записывается как

.

Величина ЭДС насыщенного элемента Вестона в зависимости от температуры ( ) выражается уравнением

.

РАБОТА 1

Определение эдс гальванического элемента

Цель работы: ознакомление с методикой измерения ЭДС и электродных потенциалов, а также расчет этих величин по уравнению Нернста на примере элемента Якоби-Даниэля (рис.10).

Т еоретические основы работы

См. теоретическое введение и методику

измерения ЭДС

Если цинковую пластинку опустить в раствор , а медную – в раствор и оба электрода соединить электролитическим ключом, то получится электрохимический источник тока, называемый элементом Якоби-Даниэля (рис.10).

Электролитический ключ (солевой мостик) представляет собой П-образную трубку, заполненную концентрированным раствором KCl (электролит для мостика выбирается таким образом, чтобы подвижности ионов совпадали с подвижностью ионов, участвующих в электрохимическом процессе). Его назначение двойное: соединять электроды в единую цепь и сводить к минимуму диффузионный потенциал, возникающий на границе раздела различных по природе растворов. В элементе протекают электродные реакции:

Zn-электрод:

Cu-электрод:

Суммарная реакция:

Уравнение Нернста для ЭДС элемента записывается как

, (25)

где и − активности катионов меди и цинка. Зная стандартную ЭДС Е⁰ и активности ионов, по уравнению (25) можно рассчитать величину Е для различных концентраций растворов меди и цинка.

Приборы и материалы: потенциометр, аккумулятор (батарея), элемент Вестона, хлорсеребряный электрод, медная и цинковая пластинки, электролитический ключ, стаканчики для растворов, растворы сульфатов цинка и меди концентрацией 0,01; 0,1; 1,0 М_Э. (моль-экв/дм³).

Порядок выполнения работы

1. Установить рабочий ток потенциометра, воспользовавшись аккумулятором (или батареей) и элементом Вестона. Для этого подсоединить к клеммам потенциометра аккумулятор, элемент Вестона, гальванометр. Переключить потенциометр на нормальный элемент и соответствующими ручками добиться нулевого положения стрелки гальванометра при включении цепи.

2. Составить гальванический элемент из хлорсеребряного электрода сравнения и Zn-электрода в 0,01 М_Э (цинковую пластинку нужно зачистить наждачной бумагой и промыть дистиллированной водой). Электроды соединить солевым мостиком, заполненным раствором KCl. Электрохимическая цепь записывается как

Измерить ЭДС цепи, являющуюся одновременно потенциалом цинкового электрода по отношению к хлорсеребряному электроду сравнения. Для этого подсоединить электроды к потенциометру, соблюдая их полярность, подключить потенциометр на исследуемую цепь и, нажимая кнопку ключа, ручками правой стороны потенциометра добиться нулевого положения гальванометра.

3. Повторить то же самое с растворами 0,1 и 1,0 М_Э

4. Проделать аналогичные измерения с Cu-электродом в растворах 0,01; 0,1 и 1,0 М_Э (для более точного определения ЭДС в цепь последовательно с медным электродом рекомендуется подключить элемент Вестона). Схеме цепи:

.

5. Составить три гальванических элемента Якоби-Даниэля с тремя равными концентрациями сульфатов цинка и меди (0,01; 0,1 и 1,0 моль эквивалент), и измерить ЭДС этих элементов. Схема цепи:

6. Из экспериментальных данных найти электродные потенциалы, а по ним ЭДС элемента Якоби-Даниэля. При расчете использовать формулы:

а) для цинкового электрода

б) для медного электрода

в) для элемента Якоби-Даниэля

Потенциал стандартного хлорсеребряного электрода взять равным

В.

Результаты показать преподавателю, записав их в виде табл. 8.

Таблица 8

Концентрация растворов, МЭ	Электрод		Электрод		ЕЯ-Д, В
	Е, В		Е, В		Измеренная	Расчетная
0,01 0,1 1,0

7. Пользуясь средними коэффициентами активности растворов сульфата цинка и меди (табл.9), по уравнению Нернста (21) рассчитать потенциалы цинкового и медного электродов в 0,01; 0,1 и 1,0 М_Э растворах, а также соответствующую им ЭДС элемента Якоби-Даниэля для одинаковых концентраций растворов. Средние активности ионов рассчитать по уравнению (22).

Таблица 9