Содержание

1. Лабораторная работа по теме гальванические элементы

Опыт 1. Гальванический элемент с деполяризатором – катионом металла.

По заданию преподавателя из перечисленных электродов составьте элемент:

Zn²⁺│Zn, Сu²⁺│Сu, Ni²⁺│Ni, Cd²⁺│Cd.

Найдите по табл. 3 стандартные потенциалы электродов и запишите схему элемента, уравнения электродных процессов и токообразующей реакции. Покажите ход электронов во внешней цепи, а ионов - во внутренней. Вычислите ЭДС. Соберите элемент. Для этого в батарейный стакан 1 (рис. 4) вставьте пористый стакан 2. Во внутренний стакан и наружный поместите по одной выбранной металлической пластинке и залейте 1M растворами соответствующих сернокислых солей. Присоедините пластинки к вольтметру с большим внутренним сопротивлением и через 5 мин после замыкания цепи измерьте напряжение. Сделайте вывод, является ли исследуемый элемент практически поляризующимся.

Рис. 4 Медно-цинковый элемент.

Опыт 2. Определение природы газового электрода в элементе.

В U - образную трубку налейте 3%-ый раствор хлорида натрия.

Электроды - железный гвоздь и графитовый стержень - тщательно зачистите наждачной бумагой, промойте под краном проточной водой и погрузите в раствор. Замкните внешнюю цепь через вольтметр и наблюдайте работу элемента: наличие тока в цепи и его направление. Выключите вольтметр и замкните внешнюю цепь накоротко. Зарисуйте прибор и запишите наблюдения.

Определите, с какой деполяризацией (водородной или кислородной) работает элемент. Для этого, пользуясь значениями электродных потенциалов железа (в 3%-ом растворе NaCl Е_СР = - 0,42), водородного и кислородного электродов в данной среде с учетом материала подкладки, запишите анодный и катодный процессы, уравнение токообразующей реакции и составьте схему работы элемента. (Прежде чем приступить к вычислению электродных потенциалов газовых электродов, определите, какое значение рН имеет водный раствор NaCl. Почему?).

Убедитесь в наличии ионов железа, добавив в U - образную трубку 2-3 капли красной кровяной соли К₃[Fe(CN)₆], a наличие ионов ОН^- проверьте, добавив 2-3 капли фенолфталеина. Отметьте изменение цвета. Дайте объяснение. Напишите ионное уравнение взаимодействия красной кровяной соли с ионами железа.

Опыт 3. Поляризация при работе элемента и деполяризация.

В проделанном опыте 2 снова включите вольтметр в цепь (не встряхивая электродов! Почему?). Наблюдайте уменьшение напряжения. Объясните наблюдаемое явление поляризации: почему и как меняется электродный потенциал катода (анода)? Какой электрод поляризуется в меньшей степени? Почему? Не размыкая внешней цепи элемента, добавьте в катодное пространство несколько капель раствора перекиси водорода. Наблюдайте и запишите изменение напряжения. Объясните процесс деполяризации в катодной зоне и роль перекиси водорода в этом процессе.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ.

Вариант 1. 1.Вычислите потенциал электрода, на котором установилось равновесие Cl₂↑ + 2ē ↔ 2Cl^- при [Cl^-]= 1 моль/л, Р_Cl2=1. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. В какую сторону сместится равновесие, если электрод будет работать в качестве анода? Как при этом изменится значение равновесного потенциала?

2. Условная схема электрода - Сu²⁺│Сu. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. При каких условиях потенциал этого электрода имеет стандартное значение? Составьте схему элемента, с помощью которого можно измерить стандартный потенциал указанного электрода. Вычислите ЭДС этого элемента.

3. Сравните окислительную способность кислородного электрода в стандартных условиях (в кислой среде) и в нейтральной среде при Р_О2 = 1. Составьте схему элемента из указанных электродов. Вычислите ЭДС. Как называется такой элемент, долго ли он будет работать?

4. Укажите химические реакции, которые можно использовать для организации гальванического элемента:

СuО + 2HCl → CuCl₂ + H₂O;

Ni + CuSO₄ → NiSO₄ + Cu;

H₂S + NaOH → Na₂S + H₂O;

SnCl₂ + FeCl₃ → SnCl₄ + FeCl₂.

При использовании какой реакции ожидается максимальная ЭДС?

5. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов к токообразующей реакции, вычислите ЭДС элемента, составленного из электродов:

1) Аl в 0,006 н Аl₂(SO₄)₃;

2) Pt в H₂SО₄ при pH = 3, Р_Н2 = 1

Укажите виды поляризации этих электродов. Как поляризация сказывается на работе гальванического элемента?

Вариант 2. 1. Вычислите потенциал электрода, на котором установилось равновесие Со²⁺ +2ē ↔ Со при [Со²⁺] =10^-3моль/л. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. В какую сторону сместится равновесие, если электрод будет работать в качестве катода? Как при этом изменится значение равновесного электродного потенциала?

2. Условная схема электрода – Fe²⁺, Fe³⁺│Pt. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. При каких условиях потенциал этого электрода имеет стандартное значение? Составьте схему элемента, с помощью которого можно измерить стандартный потенциал указанного электрода. Чему равна его ЭДС?

3. Сравните восстановительную активность алюминиевого электрода в кислой и щелочной среде при стандартных условиях. Составьте схему элемента из указанных электродов. Вычислите ЭДС. Как называется такой элемент? Долго ли он будет работать?

4. Укажите химические реакции, которые можно использовать для организации гальванического элемента:

Ni + 2HCl → NiCl₂ + H₂;

MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O;

Fe(OН)₂ + 2HCl → FeCl₂ + 2H₂O;

Cd+ CuCl₂ → CdCl₂ + Cu.

При использовании какой реакции ожидается максимальное значение ЭДС?

5. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции, вычислите ЭДС элемента, составленного из электродов:

1) Pt в 0,005 моль/л Ва(OН)₂ при Р_O2=1;

2) Рt в 0,05 М MgCl₂ при Р_Cl2=1.

Укажите виды поляризации этих электродов. Как поляризация скажется на работе гальванического элемента?

Вариант 3. 1. Вычислите потенциал электрода, на котором установилось равновесие

O₂ + 4Н⁺+4ē ↔ 2Н₂О при рН=4, Р_O2 = 1. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. В какую сторону сместится равновесие, если электрод будет работать в качестве анода? Как при этом изменится значение равновесного потенциала?

2. Условная схема электрода – Мn²⁺│Мn. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. При каких условиях потенциал этого электрода будет иметь стандартное значение? Составьте схему элемента, с помощью которого можно измерить стандартный потенциал укапанного электрода. Чему равна его ЭДС?

3. Сравните восстановительную активность цинкового электрода в щелочной и кислой среде при стандартных условиях. Составьте схему элемента из указанных электродов. Вычислите ЭДС. Как называется такой элемент?

4. Укажите химические реакции, которые можно использовать для организации гальванического элемента:

2FeCl₃ + 2KI → 2FeCl₂ + I₂ + 2KCl;

SО₃ + H₂O → H₂SО₄;

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl +CO₂ + H₂O;

H₂ + Cl₂ →2HCl.

При использовании какой реакции ожидается максимальная ЭДС?

5. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции, вычислите ЭДС элемента, составленного из электродов:

1)Cd в 0,01 моль/л CdCl₂, α = 60%;

2)Pt в 0,1М NaOH при Р_H2=1.

Укажите виды поляризации этих электродов. Как поляризация отражается на работе гальванического элемента?

Вариант 4. 1. Вычислите потенциал электрода, на котором установилось равновесие

Ni²⁺+2ē ↔ Ni при [Ni] = 10^-4моль/л. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. В какую сторону сместится равновесие, если электрод будет работать в качестве анода? Как при этом изменится величина равновесного потенциала?

2. Условная схема электрода – Cl^-│Cl₂, Pt. Укажите тип электрода. Дайте его характеристику. При каких условиях потенциал этого электрода будет иметь стандартное значение? Составьте схему элемента, с помощью которого можно измерить стандартный потенциал указанного электрода. Чему равна его ЭДС?

3. Пользуясь формулой Нернста для водородного электрода, покажите, как изменяется его окислительная активность с изменением рН среды от 6 до 13. Составьте схему элемента из указанных электродов. Вычислите ЭДС. Как называется такой элемент? Долго ли он будет работать?

4. Укажите химические реакции, которые можно использовать для организации гальванического элемента:

BaCl₂ + H₂SО₄ → BaSO₄ + 2HCl;

Н₂ + О₂ → 2Н₂O ;

CО₂ + H₂O → H₂CО₃;

Zn + 2AgNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2Ag.

При использовании какой реакции ожидается максимальная ЭДС?

5. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов и токообразующей реакции, вычислите ЭДС элемента, составленного из электродов:

1. Pt в 0,01М NaOH, Р_Н2=1;