Работа № 9 электрохимические процессы Химические источники тока. Опыт 1. Изготовление гальванического элемента и расчет его эдс.

Гальванические элементы – это химические источники тока. Они состоят из двух электродов первого рода (металлов, опущенных в растворы собственных солей), соединенных во внешней и внутренней цепях. Рассмотрим элемент, состоящий из металлического цинка, погруженного в 0,1 М раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погруженного в 0,02 М раствор нитрата свинца. Схема рассматриваемого гальванического элемента :

(–)ZnZn(NO₃)₂(0,1M)Pb(NO₃)₂(0,02M)Pb (+)

анод катод

Поскольку цинк стоит левее в ряду напряжений и является более активным металлом, он окисляется

Zn – 2e = Zn²⁺, т.е. этот электрод он является анодом.

На свинцовом электроде ( _Pb   _Zn) происходит восстановление ионов Pb²⁺ + 2e = Pb, т.е. он служит катодом. За счет протекания окислительно-восстановительной реакции возникает электрический ток. Если во внешнюю цепь включить вольтметр, то он покажет определенную разность потенциалов.

ЭДС гальванического элемента рассчитывается как разность электродных потенциалов катода и анода:

Ε_г.э. =  _катода –  _анода

Чтобы определить ЭДС гальванического элемента, необходимо вычислить электродные потенциалы катода и анода. Для этого в табл. П3.7 находим значения стандартных электродных потенциалов систем: φ⁰_Zn2+/Zn = – 0,76 B и φ⁰_Pb2+/Pb = –0,13 В, затем рассчитываем значения  по уравнению Нернста:

Находим ЭДС элемента:

Выполнение опыта. Собрать гальванический элемент в соответствии со схемой

Zn  ZnSO₄  CuSO₄  Cu

Для этого налить в два стаканчика (рис.) 1М растворы солей: в один сульфата цинка, в другой – сульфата меди, опустить пластинки Zn в ZnSO₄ и Cu в CuSO₄.

Растворы соединить электролитическим мостиком, наполненным раствором NaCl в агар-агаре. Обе пластины соединить тонким проводником с гальванометром. Наблюдать отклонение стрелки гальванометра.

Записать схемы протекающих процессов, данные гальванометра и нарисовать гальванический элемент. Что произойдет, если убрать электролитический мостик? Объяснить происходящие явления.

Рассчитать ЭДС гальванических элементов:

1) Zn  1M ZnSO₄  0,01M АgNO₃  Ag;

2) Zn  0,1M ZnSO₄  1M CuSO₄  Cu;

3) Zn  1M ZnSO₄  0,01M ZnSO₄  Zn.

Рис 8. Гальванический элемент:

1 – стаканчики с растворами ZnSO₄ и CuSO₄;

2 – подставка под прибор;

3 – гальванический (электролитический) мостик;

4 – гальванометр.

Коррозия металлов.

Если в месте контакта двух металлов появляется электролит, возникает гальваническая пара, являющаяся причиной коррозии. Рассмотрим коррозию оцинкованного железа в кислой среде. Схема возникающей пары: Fe / HCl /Zn .Цинк, как более активный металл, окисляется и является анодом, а железо – катодом. Следовательно, тип покрытия – анодное. Происходящие процессы на аноде: Zn – 2e = Zn²⁺

на железном катоде: 2H⁺+2e = H₂

Если покрытие выполнено из менее активного металла – покрытие катодное и при его нарушении происходит разрушение покрываемого металла. Рассмотрим коррозию в нейтральной среде никеля в контакте с серебром. Возникает гальваническая пара Ni / H₂O /Ag. Никель, как более активный металл окисляется Ni – 2e = Ni ²⁺ и является анодом. На серебряном катоде происходит процесс восстановления воды с выделением водорода: 2Н₂О + 2e = Н₂ + 2ОН^– .

Суммарный процесс: Ni + 2 Н₂О = Ni(ОН)₂ + Н₂ ↑