Зміст заняття

Одним з важливих сучасних електрохімічних методів дослідження є потенціометрія – метод, оснований на вимірюванні ЕРС гальванічних елементів, в яких за рахунок зміни внутрішньої енергії генерується електричний струм. Хімічні джерела електроенергії широко використовується в космічних апаратах, вимірних приладах, в радіозв’язку, побуті, на транспорті і т.д. Тому глибоке розуміння механізму перетворення енергії хімічних реакцій в електричну, практичне застосування методів потенціометрії необхідно знати спеціалістові будь-якого профілю.

В дослідних лабораторіях та клінічних умовах вимірювання ЕРС і електродних потенціалів застосовують для визначення концентрації іонів в розчинах, коефіцієнтів активності, добутку розчинності важкорозчинних солей, полярографії, при потенціометричному титруванні. Ґрунтовне вивчення природи біопотенціалів дало можливість розробити електрофізичні методи діагностики – електрокардіографію.

Завдання для самостійної роботи

1. Визначити ЕРС акумулятора за допомогою елемента Вестона.

2. Визначити ЕРС гальванічного елемента, складеного з двох електродів.

3. Визначити потенціал окремого електрода.

4. Розв'язувати типові задачі.

ХІД ВИКОНАННЯ ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

Завдання 1. Визначити ЕРС акумулятора за допомогою елемента Вестона.

Визначити ЕРС акумулятора за допомогою елемента Вестона. Зібрати установку згідно наведеної схеми, звертаючи увагу на правильність включення полюсів акумулятора і елемента Вестона, ЕРС якого відома і становить 1,018 В (включати (+) акумулятора до (+) елемента Вестона). На короткий час потиснути ключ К і, пересуваючи повзунок по реохордній лінійці, знайти точку компенсації, коли стрілка гальванометра зупиниться на нулю шкали. Записати в журнал хід роботи, зарисувавши схему установки та вирахування ЕРС акумулятора зі співвідношення:

Е_АК АВ 1,018 · 1000

—— = ——; Е_АК = —————,

Е_В АС АС

Де АВ = 1000 мм – довжина лінійки реохорда.

Відключити елемент Вестона.

Е₁

А

В

Е₂

К

Г

С

Рис. 1. Схема установки для визначення ЕРС методом компенсації.

Завдання 2. Визначити ЕРС гальванічного елемента, складеного з двох електродів.

Включити в електричну схему (див. рис. 1) на місце елемента Вестона (Е₂) елемент, складений з двох електродів, наприклад: мідно – цинковий (елемент Якобі- Даніеля).

⁽‾⁾Zn | ZnSO₄ | KCI | CuSO₄ | Cu⁽⁺⁾

Користуючись таблицею ряду напруг правильно включити полюси електродів в компенсаційну схему ( + ) до ( +).

З’єднати посудинки обох електродів електролітним KCI-агаровим містком, що знаходиться в посудині з розчином KCI на робочому місці. Пояснити чому використовують KCI – агаровий місток?

Перевірити надійність контактів в системі (наявність електролітів в електродах та відсутність бульбашок повітря в KCI- агаровім містку).

Знову, як в завданні № 1, знайти точку компенсації і, знаючи ЕРС акумулятора, вирахувати ЕРС елемента Е_х:

Е_{ак ·} АС^′

Е_х = ———

1000

У випадку взятого елемента з двох електродів, що мають однакові за знаком потенціали позитивним (негативним) електродом буде той електрод, потенціал якого більший по відношенню до другого, наприклад:

Е_{Zn / Zn}²⁺ = - 0,76 В; е_{Сd/ Cd}²⁺ = -0,40 В, значить

⁽‾⁾Zn | ZnSO₄ | KCI | CdSO₄ | Cd ⁽⁺⁾

Завдання 3. Визначити потенціал окремого електрода.

Скласти гальванічний елемент з електрода з невідомим потенціалом е_х і стандартного електрода з відомим потенціалом е_ст.. = + 0,22 В.

Записати його схему , наприклад :

⁽‾⁾Zn | ZnSO₄ | KCl | КCl, АgCl | АgCu⁽⁺⁾

Включити його в схему, пам’ятаючи полярність електродів і, знайшовши точку компенсації АС, вирахувати ЕРС елемента Е_х:

Е_{ак ·} АС^′

Е_х = ———

1000

Враховуючи, що ЕРС = Е_х = е⁺ - е_х^-, вирахувати шуканий потенціал електрода е^х, якщо потенціал хлор срібного електрода відомий:

Е_х = - Е_х + е_ст.

Завдання 4. Розв'язати типові задачі

Задача 1.

Вирахувати електродний потенціал мідного електрода, зануреного в розчин CuSO₄ з концентрацією солі 0,0845 моль/л, якщо її ступінь іонізації 0,4.

Алгоритм розв'язування

Знаходимо концентрацію іонів міді в розчині.

C_Сu²⁺ = α · C = 0,4 · 0,0845 = 0,0338 г-іон/л

Електродний потенціал вираховуємо за рівнянням:

0,059

е_Cu = е_о + ——— lg С_Сu²⁺

n

де n = 2, а е_о = + 0,34 В (взято з таблиць)

0,059

е_Сu = 0,34 + —— lg 0,0338 = 0,34 + 0,029 (-1,47) = 0,34 – 0,04 = 0,30 В

2

Задача 2.

Вирахувати при 18˚С ЕРС концентраційного срібного елемента з концентрацією AgNO₃ в електродів C₁ = 0,1 н, C₂ = 0,01 н, якщо ступінь іонізації відповідно дорівнює для 0,1 н розчину 0,814, а для 0,01 н ― 0,931.

Алгоритм розв'язування

ЕРС концентраційного гальванічного елемента виражається рівнянням:

0,058 C₁ · α₁

Е = ——— lg———;

n С₂ · α₂

для срібла n = 1.

С_0,1 · _0,1 0,1 · 0,814

Тоді Е = 0,058 lg————— = 0,059 lg ————— = 0,055 В ;

С_0,01 · _0,01 0,01 · 0,931