Лабораторна робота № 2 гальванічні елементи

Мета роботи: придбання навичок розрахунків гальванічних елементів; ознайомлення з процесами, які проходять при їх роботі; вимірювання різниці потенціалів на електродах гальванічного елемента.

Робота виконується в два етапи. Перший – теоретичне обгрунтування даної роботи шляхом розрахунків гальванічних елементів. Другий  практичне ознайом-лення з процесами. які відбуваються при роботі гальванічних елементів.

І. Розрахунок гальванічних елементів.

Приклад розрахунку гальванічних елементів.

Розрахувати гальванічний елемент, який складається із залізного електрода,

зануреного у 0,01 М розчин FeSO₄ і нікелевого електрода, зануреного у 0,1 М розчин NiCl₂.

1. Визначення катода і анода у гальванічному елементі.

За таблицею знаходимо значення стандартних електродних потенціалів і розраховуємо потенціали електродів згідно з рівнянням Нернста:

⁰_Fe⁺²_Fe = –0,44 В, ⁰_Ni⁺²_Ni = –0,25 В ;

_Fe⁺²_Fe= ⁰_Fe⁺²_Fe + [Fe⁺²] = 0,44 + = 0,44 – 0,059 = 0,50 В.

_Ni⁺²_Ni = ⁰_Ni⁺²_Ni + [Ni⁺²] = 0,25 + = 0,25 – 0,03 = 0,28 В.

Потенціал нікелевого анода має більшу алгебраїчну величину, тому у даній парі він буде катодом, а залізний електрод – анодом.

2. Складання схеми гальванічного елемента:

() Fe  FeSO₄, 0,01 M  NiCl₂, 0,1 M  Ni (+).

3. Запис електродних процесів:

А: Fe⁰ – 2ē  Fe⁺²

K : Ni⁺² + 2ē  Ni⁰

Fe⁰ + Ni⁺²  Fe⁺² + Ni⁰  сумарний процес у гальванічному елементі.

4. Визначення електрорушійної сили (ЕРС, Е) гальванічного елемента.

Е = _кат  _анод = _Ni⁺²_Ni – _Fe⁺²_Fe = –0,28 – (0,50) = +0,22 В.

5. Розрахунок зміни енергії Гіббса і максимальної роботи:

G⁰= – А_mах =  nEF =  2 ^. 0,22 ^. 96500 = 42460 Дж.

На підставі наведеного прикладу виконати розрахунки гальванічних елементів, що складаються із:

1. Залізного електрода (залізної пластини, зануреної у 0,01 М розчин FeSO₄) і мідного електрода (мідної пластини, зануреної у 0,1 М розчин CuSO₄).

2. Цинкового електрода (цинкової пластини, зануреної у 1 М розчин ZnSO₄) і мідного електрода (мідної пластини, зануреної у 1 М розчин CuSO₄).

3. Цинкового електрода (цинкової пластини, зануреної у 1 М розчин ZnSO₄) і нікелевого електрода (нікелевої пластини, зануреної у 1 М розчин NiSO₄.)

4. Цинкового електрода (цинкової пластини, зануреної у 1 М розчин ZnSO₄) і залізного електрода (залізної пластини, зануреної у 1 М розчин FeSO₄.)

5. Залізного електрода (залізної пластини, зануреної у 1 М розчин FeSO₄) і мідного електрода (мідної пластини, зануреної у 1 М розчин CuSO₄).

Записи розрахунків занести до лабораторного протоколу.

ІІ. Ознайомлення з процесами, які відбуваються при роботі гальванічних елементів; вимірювання різниці потенціалів на електродах гальванічного елемента.

Для досліджень пропонуються гальванічні елементи по яких виконані розра-хунки на попередньому етапі роботи.

Для виконання дослідів треба скласти гальванічний елемент згідно зі схемою на рисунку. 1

V Рис.1. Схема гальванічного елемента:

6 1 – вольтметр; 2,3  електроди; 4, 5–

2 3 електроліти; 6 – електролітичний

ключ

4 5

Для цього слід зачистити поверхню металевих електродів і опустити їх у розчини відповідних електролітів. Два стакани з електролітами сполучити електрохімічним ключем (U-подібною трубкою, заповненою насиченим розчином КСІ). Контакти вимірювального приладу і зразків зєднати з електродами, попередньо виявити полярність за значеннями стандартних потенціалів з урахуванням схеми гальванічного елемента. Зверніть увагу на концентрації розчинів, які записані на стаканах напівелементів.

Виміряти різницю потенціалів (U) на електродах гальванічних елементів і записати ці значення у протоколі. Порівняти їх з розрахованими значеннями ЕРС. Пояснити, чому вони значно відрізняються у випадку, коли електродами є нікелеві пластини. Згадати, що це повязано з хімічною поляризацією нікелевих електродів внаслідок їх пасивації. Визначити дійсне значення потенціалу нікелевого електрода в елементі 5, використовуючи заміряний та розрахований потенціал цинкового електрода.

Результати вимірів та розрахункові значення занести до таблиці.

Т аблиця

№ пп Схема гальванічного елемента Розрахункові значення (В) Виміряні

_кат _ан ЕРС значення U(В)

1

2

3

4

5

По закінчення досліджень схему розімкнути та розібрати, металеві пластини промити та висушити фільтрувальним папером.