Экспериментальная часть

ОПЫТ 1. Исследование активности металлов.

Налить в отдельные пробирки по 1 мл растворов солей цинка, железа (II), кадмия, меди(II) и 2н H₂SO₄. Опустить в растворы (кроме раствора с одноименными ионами) пластинки металлического цинка. Отметить наблюдения. Повторить аналогичные опыты с пластинками железа и меди. Из каких растворов вытесняются металлы? Написать уравнения соответствующих реакций. Записать металлы по убыванию их восстановительной способности, определенной экспериментально. Выписать значения их стандартных электродных потенциалов (см. приложение). Соответствует ли экспериментальный ряд металлов их положению в электрохимическом ряду напряжений?

ОПЫТ 2. Химический гальванический элемент.

Цинковую и никелевую пластинки хорошо очистить наждачной бумагой. В один стакан налить 1/2 объема 1М раствор сульфата цинка, в другую 1М раствор сульфата никеля. Соединить стаканы солевым мостиком (гальваническим ключом), а пластинки подсоединить к клеммам миллиамперметра. Что наблюдается?

Составить схему гальванического элемента. Какие процессы происходят на катоде и аноде? Рассчитать ЭДС. До каких пор может работать данный гальванический элемент?

ОПЫТ 3. Исследование ЭДС гальванического элемента от концентрации соли.

В один стакан налить 1 М раствор ZnSO₄, концентрация которого в ходе измерений не изменяется. В другой стакан поочередно наливать растворы NiSO₄ в порядке возрастания концентрации (0,01; 0,1 и 1 М). В раствор ZnSO₄ опустить цинковый электрод, никелевый электрод опустить в раствор NiSO₄ наименьшей концентрации. Электроды соединить с клеммами миллиамперметра, а стаканы – солевым мостиком. Следить за показаниями миллиамперметра.

Какой из факторов — природа металла или концентрация его ионов в растворе в большей мере определяет значение электродного потенциала металла и, следовательно, ЭДС гальванического элемента?

ОПЫТ 4. Концентрационный гальванический элемент.

Две цинковые пластинки поместить в стаканы, в которых налито на 1/2 их объема, в один 0,1 М раствор сульфата цинка, в другой – 1М раствор сульфата цинка. Пластики соединить с клеммами миллиамперметра, а стаканы - гальваническим ключом. Следить за показаниями миллиамперметра. Повторить этот опыт, заменив последовательно 0,1М раствор на 0,001М и 0,0001М растворы. Что наблюдается?

Составить схему гальванического элемента с указанием процессов протекающих на электродах?

В каком случае вырабатывается большее количество электричества, почему? Ответ подтвердить расчетами ЭДС данных концентрационных элементов.

ОПЫТ 5. Гальванический элемент с использованием окислительно-восстановительного электрода.

В один из стаканов налить 1 М раствор ZnSO₄ и поместить в него цинковый электрод, предварительно очищенный наждачной бумагой. В другой стакан – 1М раствор Fe₂ (SO₄)₃ и поместить в него угольный электрод. Электроды соединить с клеммами миллиамперметра, а стаканы – солевым мостиком. Следить за показаниями миллиамперметра.

Составить схему данного гальванического элемента с указанием процессов протекающих на электродах? Рассчитать ЭДС. (E⁰ _Fe⁺³ _{/ Fe}⁺² = 0,771 В).

Приложение

Таблица 1.

Стандартные электродные потенциалы металлов.

электрод	Ео, В	электрод	Ео, В
Li+/ Li	-3,02	Cd2+/ Cd	-0,40
Rb+/ Rb	-2,99	Co2+/ Co	-0,28
K+/ K	2,92	Ni2+/ Ni	-0,25
Ba2+/ Ba	-2,90	Sn2+/ Sn	-0,14
Sr2+/ Sr	-2,89	Pb2+/ Pb	-0,13
Ca2+/ Ca	-2,87	H+/ ½ H2	0,00
Na+/ Na	-2,71	Sb3+/ Sb	+0,20
Mg2+/ Mg	-2,34	Bi3+/ Bi	+0,23
Al3+/ Al	-1,67	Cu2+/ Cu	+0,34
Mn2+/ Mn	-1,05	Ag+/ Ag	+0,80
Zn2+/ Zn	-0,76	Hg2+/ Hg	+0,86
Cr3+/ Cr	-0,71	Pt2+/ Pt	+1,20
Fe2+/ Fe	-0,44	Au3+/ Au	+1,42

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Вычислить электродный потенциал серебра, опущенного в раствор его соли концентрацией 0,001 моль/л.

2. Составить схему работы гальванического элемента, составленного из пластин алюминия и свинца, опущенных в растворы их солей концентрацией 0,002 моль/л. Рассчитать ЭДС элемента.

3. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи следующих гальванических элементов: а) Мg | Мg²⁺ || Рb²⁺ | Рb; б) Сu | Сu²⁺ || Аg⁺ | Аg, если все растворы электролитов одномоляр- ные? Какой металл будет растворяться в каждом из этих случаев?

4. Вычислить потенциал водородного электрода, погруженного: а) в раствор с рН 4; б) в раствор с рН 11.

5. Электродвижущая сила элемента, состоящего из медного и свинцового электродов, опущенных в одномолярные растворы соответствующих солей, равна 0,47В. Изменится ли ЭДС, если взять растворы с концентрацией 0,001 моль/л? Ответы подтвердить расчетом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Под ред. А.И. Ермакова. – изд. 30-е, исправленное – М.: Ин6теграл-Пресс, 2005.- 728 с.

2. Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: Издательство «Лань», 2003. – 336 с., ил. – (Учебник для вузов).

3. Коровин Н.В. Общая химия: Учеб. для технических направ. И спец. Вузов.- 2-е изд., испр. и доп.- М.: Высш. шк., 2000. – 558с., ил.

4. Практикум по общей и неорганической химии: Пособие для студентов вузов / В.И. Фролов, Т.М. Курохтина, З.Н. Дымова и др.; Под ред. Н.Н. Павлова, В.И. Фролова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2002. - 304 с.: ил.