Методика измерения эдс

ЭДС гальванических элементов экспериментально определяют компенсационным методом, позволяющим проводить измерения в условиях их обратимой работы (рис.13). 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 компенсации ЭДС. Если положение контакта на реохорде при этом равно l_х, то , где Е_х – измеряемая ЭДС, Е_в – ЭДС элемента Вестона.

Элемент 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 7

Определение стандартного потенциала ферри-ферро электрода

Цель работы: измерение потенциала окислительно-восстановительного электрода Fe³⁺, Fe²⁺ при различных концентрациях ионов, а также расчет стандартного потенциала и константы равновесия.

Теоретические основы работы

См. теоретическое введение и методику измерения ЭДС

Ферри-ферро электрод представляет собой платиновый стержень, опущенный в раствор двух- и трехвалентного железа. У поверхности платины катионы Fe³⁺ принимают электрон и восстанавливаются до Fe²⁺. В результате возникает определенный электродный потенциал, величина которого зависит от концентрации ионов. Платина в данном случае выполняет роль переносчика электронов, химически оставаясь инертной. Согласно электродной реакции

.

Уравнение Нернста записывается (при 25⁰С)

, (31)

где − потенциал ферри-ферро электрода; − стандартный потенциал ферри-ферро электрода; и − активности катионов Fe³⁺ и Fe²⁺.

Константа равновесия электродной реакции

связана со стандартным потенциалом выражением

,

или при 25 ⁰С

(32).

Гальванический элемент составляется из исследуемого электрода и насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения

ЭДС цепи равна разности электродных потенциалов

, (33)

где Е – ЭДС цепи; − потенциал хлорсеребряного электрода в насыщенном растворе .

Приборы и материалы: потенциометрическая установка для измерения ЭДС; бюретки; стаканчики; 0,1 М_Э растворы 10% , крахмал.

Порядок выполнения работы

1. Приготовить в стаканчиках 4 смеси по 30 мл из растворов 0,1 М_Э и 0,1 М_Э в соотношении 9:1; 7:3; 3:7; 1:9.

2. Поочередно в полученные смеси ввести платиновый и хлорсеребряный электроды и через 3-5 минут измерить установившуюся ЭДС. Измерение ЭДС производить до тех пор, пока ее величина не будет постоянной.

3. Отобрать из первой смеси две пробы по 10мл. В первой из проб титрованием 0,1 М_Э определить содержание Fe²⁺. Во вторую пробу добавить 5 мл 10% и через 3-5 минут выделившийся йод оттитровать 0,1 М_Э с добавлением крахмала в конце титрования. Объемы растворов перманганата калия и тиосульфата натрия, пошедшие на титрование, соответствуют объемам растворов, содержащим ионы Fe²⁺ и Fe³⁺.

Аналогично проделать с остальными смесями.

4. По уравнению (33) рассчитать окислительно-восстановительный потенциал ферри-ферро электрода. Потенциал насыщенного хлорсеребряного электрода взять равным В.

5. По уравнению (31) вычислить стандартный потенциал ферри-ферро электрода для всех смесей и найти его среднее арифметическое значение . Вместо отношения активностей ионов / в уравнение (32) следует подставить пропорциональные им объемы тиосульфата натрия и перманганата калия / , полученные при титровании.

6. Используя численное значение , по формуле (32) найти константу ионного равновесия К_а.

7. Результаты представить в виде табл. 10.

Таблица 10

№ пп	:	Е, В	, мл	, мл	, В	, В
1 2 3 4	9:1 7:3 3:7 1:9

Контрольные вопросы:

1. Окислительно-восстановительные электроды?

2. Уравнение Нернста для окислительно-восстановительного электрода.

3. Понятие стандартного электродного потенциала.

4. Какова связь константы равновесия со стандартным электродным потенциалом?