Б. Работа гальванического элемента в режиме разряда
1. Собрать электрическую цепь по схеме 1 (рис. 6.3.), при этом тумблер амперметра установить на «1,5 А».
2. После замыкания цепи сразу начать снимать вольт-амперную характеристику, для чего постепенно увеличивая ток (на 4–6 делений) путем уменьшения сопротивления (ручку резистора вращать вправо) измерять напряжение элемента. Измерения вести во всем диапазоне величин сопротивления (до упора ручки резистора).
3. Данные занести в таблицу.
Схема 1 Схема 2
Рис. 6.3. Измерительные схемы
В. Работа гальванического элемента в режиме заряда
1. Собрать электрическую цепь по схеме 2 (обратить внимание на изменение полярности при подключении амперметра).
2. Ручку резистора поставить в крайнее левое положение и оставить так до окончания измерений.
3. Включить выпрямитель и, вращая его ручку, повышать ток в цепи (на 10–12 делений амперметра).
4. Записывать показания вольтметра и амперметра в таблицу ( измерения вести до напряжения 2 В).
R = 16,4∙103 Ом
-
Режим разряда
Режим заряда
Iразр, mA
Uразр, В
Iзар, mA
Uзар, В
На основании полученных данных
1. Рассчитать теоретическое значение ЭДС, принимая активности ионов цинка и меди равными 1, и сравнить с опытными данными.
2. Построить зарядную и разрядную вольт-амперные кривые.
3. Записать уравнения электродных процессов при разряде и заряде гальванического элемента.
4. Объяснить влияние плотности тока на напряжение гальванического элемента при его разряде и заряде.
Контрольные вопросы и задачи
1. Что называется поляризационной кривой?
2. Какие причины вызывают поляризацию электродов?
3. Что такое коэффициент активности и как он связан с концентрацией раствора?
4. Возможно ли за счет изменения концентрации ионов меди и цинка в элементе Якоби–Даниэля изменить направление тока в нем?
5. Вычислите ЭДС свинцового аккумулятора
Pb, PbSO4 │H2SO4 (aq) │PbSO4, PbO2 при 298 К и 1 М концентрации кислоты. Стандартные потенциалы электродов Pb, PbSO4 │SO42- (aq)
и PbSO4, PbO2 │SO42- (aq) соответственно равны -0,359 и 1,685 В. Средний коэффициент активности H2SO4 в 1 М растворе равен 0,137. Напишите уравнения электрохимических реакций, происходящих при разряде и заряде аккумулятора.
Работа № 12. Изучение окислительно-восстановительных гальванических элементов
Цель работы – изучение устройства и принципа работы гальванических элементов − химических источников тока (ХИТ) с окислительно-восстановительными электродами. Знакомство с методом измерения электродных потенциалов и электрохимических характеристик ХИТ. Использование результатов электрохимических измерений для расчета термодинамических параметров реакций.
Оборудование
1. Высокоомный вольтметр – рН-метр (рН-340) для измерения потенциалов.
2. Хлорсеребряный электрод сравнения.
3. Штатив с измерительными бюретками.
4. Электролитический ключ (U-образная стеклянная трубочка, заполненная КС1 и агар-агаром для увеличения вязкости раствора).
5. Штатив с двумя пробирками.
6. Два угольных (инертных) электрода.
Последовательность выполнения работы
1. Получить у преподавателя вариант окислительно-восстановительного гальванического элемента.
2. Включить рН-метр для прогрева на 15 мин.
3. Приготовить два полуэлемента. Полуэлемент (окислительно-восстановительный электрод) состоит из смеси растворов, содержащих ионы одного и того же элемента, но различного заряда, т.е. валентности (окисленная и восстановленная формы), в которую погружен угольный (нерастворимый) электрод. Для приготовления раствора первого полуэлемента необходимо взять 4 мл окисленной и 2 мл восстановленной формы, а второго полуэлемента – 3 мл окисленной и 4 мл восстановленной формы.
4. Подключив электроды к рН-метру (описание прилагается к прибору), измерить (при комнатной температуре) разность потенциалов трех гальванических элементов, составленных из:
а) первого полуэлемента и хлорсеребряного электрода сравнения (Ag, AgС1|КС1нас), соединив растворы электролитов электролитическим ключом;
б) второго полуэлемента и хлорсеребряного электрода.
в) первого и второго полуэлементов.
Отсчеты производить по нижней шкале прибора, поставив переключатель пределов на 1,5 В, а «род работы» – на «+mV» (или «-mV»).
5. Записать схемы исследованных гальванических элементов и уравнения протекающих в них токообразующих реакций.