2. Задачи исследования.

Освоить технику и методику определения коэффициентов активности в водных растворах и металлических расплавах методом ЭДС. Определение коэффициента активности и активности в ряде электролитов промышленного значения.

3. Методика исследования.

3.1 Описание экспериментальной установки.

Экспериментальная установка для изучения активности и коэффициентов активности представлена на рисунке 2. Электролит заливается в электролитическую ячейку 1. В электролит помещаются цинковый и медный электроды 2, которые соединяются во внешнюю электрическую цепь 3. Медный катод, т.к. на нем происходят процессы восстановления и цинковый анод, т.к. на нем протекают окислительные процессы. Сила тока в цепи измеряется амперметром 5. Электродвижущая сила, создаваемая гальваническим элементом измеряется милливольтметром 4. Для создания различных гальванических элементов требуется иметь набор катодов изготовленных из сплавов меди и цинка с различным содержанием меди. Для устранения диффузионной поляризации и турбулизации гидродинамического режима в ячейке предусмотрена лопастная мешалка 6 для перемешивания электролита.

Рисунок 2 Экспериментальная установка для изучения активности компонентов в водных растворах электролитов и в твердых металлических расплавах

3.2 Порядок выполнения работы.

1. Приготовить набор растворов сульфата меди с различной концентрацией 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15, 18, 20 %. Залить первый раствор в ячейку.

2. Взять навески меди и цинка из расчета получения сплавов с различной концентрацией меди в сплаве 1, 5, 10, 20, 40, 60, 80 %. В муфельной печи изготовить сплавы и отлить соответствующее количество катодов. Электроды отливать в одинаковые формы, чтобы добиться одинаковых размеров.

3. Измерить длину высоту и ширину каждой пластины, которые будут служить катодом и анодом. Проконтролировать, чтобы их размеры были одинаковые. Если электрод будет слишком велик обточите его.

4. Собрать электрическую схему и произвести замер напряжения и силы тока.

5. Извлечь электроды из ячейки вылить использованный раствор и залить следующий

6. Повторить исследование по пунктам 3-4. После того как использованы все растворы, выбрать тот раствор, с которым гальванический элемент дает максимальное напряжение с минимальной силой тока. Это делается с тем, чтобы свести к минимуму электрохимическую поляризацию.

7. Все полученные результаты записать в таблицу 1.

8. При концентрации сульфата меди, которая обеспечивает минимальную плотность тока, повторить исследование, используя катоды, изготовленные из сплавов меди с различной концентрацией меди.

9. Все полученные результаты записать в таблицу 2.

4. Обработка экспериментальных данных, содержание отчета

1. Произвести расчет расхода сульфата меди для приготовления электролита, исходя из формулы 3 учитывая, что плотность воды равна 1 г/мл:

С_CuSO4 = (G _CuSO4 / (G _CuSO4 + G_H2O)) * 100%, (13)

где: G _CuSO4 – масса сульфата меди, г

G_H2O – масса воды, г

2. Аналогично рассчитать массу меди и цинка для приготовления сплава определенной концентрации:

С_Cu = (G _Cu / (G _Cu + G_Zn)) * 100%, (14)

где: G _Cu – масса меди, г

G_Zn – масса цинка, г

3. Рассчитать активность ионов меди Сu²⁺ по уравнению 4, учитывая, что активность меди равна единице, т.к. катод был изготовлен из чистой меди.

4. Построить график зависимости ионов меди Сu²⁺ от концентрации сульфата меди в электролите.

5. Рассчитать площадь поверхности электрода (части, которая была погружена в электролит) по формуле:

F = a*b*2 + a*c*2 + b*c, (15)

где: a, b, c – длина, ширина и толщина соответственно части электрода, погруженной в электролит

6. Рассчитать плотности тока при различных концентрациях сульфата меди I_уд в электролите как отношение силы тока гальванического элемента I к площади поверхности электрода F по формуле:

I_уд = I / F (16)

Таблица 1

Изменение активности ионов меди в зависимости от концентрации сульфата меди

Концентрация сульфата меди СCuSO4, %	ЭДС гальванического элемента, мВ	Сила тока, А	Удельная сила тока, А	Активность ионов Сu2+

Таблица 2

Изменение активности и коэффициента активности меди в сплавах системе Cu-Zn от мольной доли меди в сплаве.

Концентрация меди в сплаве, %	Мольная доля меди XCu	ЭДС гальванического элемента, мВ	Сила тока, А	Удельная сила тока, А	Активность Сu	Коэффициент активности Сu - Сu

7. По уравнению 4 при известной активности ионов меди рассчитать активности меди в сплавах с различной концентрацией меди

8. Рассчитать мольную долю меди в сплавах из которых изготовлены катоды по формуле:

X_Cu = (С_Cu / Ar_Cu ) / ( (С_Cu / Ar_Cu ) + (1 - С_Cu ) / Ar_Zn ), (17)

9. Рассчитать коэффициент активности меди по формуле 12. Построить график зависимости активности меди и коэффициентов активности от мольной доли меди.

Контрольные вопросы:

1. Для чего необходимо знать величину активности и коэффициентов активности ? Приведите примеры практических расчетов где используется активность.

2. На какой теоретической основе базируется метод определения активности по методу ЭДС ?

3. Как теоретически определить ЭДС гальванического элемента ?

4. Почему необходимо как можно быстрее проводить замеры? Обоснуйте.

5. Что может исказить ЭДС гальванического элемента ?

6. Что такое поляризация электрода ? Какие бывают виды поляризации.

7. Объясните механизм диффузионной поляризации ?

8. Объясните механизм электрохимической поляризации ?

9. Как рассчитать коэффициент активности ?