Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми

1. Електрод, електродний потенціал та електрорушійна сила електрохімічного ланцюга. Фізичний зміст понять.

2. Теорії виникнення скачка потенціалу на межі метал-розчин. Рівняння Нернста.

3. Електрохімічні елементи та електрорушійні сили. Вимірювання ЕРС.

4. Класифікація електродів. Електроди першого, другого та третього типів, їх будова. Водневий електрод.

5. Рівняння електродного потенціалу для електродів різних типів. Залежність потенціалу електрода від різних факторів.

6. Електрохімічний ряд напруг металів. ЕРС електрохімічного ланцюга – як міра напрямку протікання електрохімічного процесу.

7. Потенціометричне визначення рН з допомогою гальванічних елементів: водневого, воднево-хлорсрібного, хінгідронно-хлорсрібного, подвійного хінгідронного, хлорсрібно-скляного, скляного.

8. Методика потенціометричних вимірювань при визначенні рН водних розчинів. Основні етапи аналізу та розрахунки.

9. Класифікація гальванічних кіл та застосування до них рівняння Нернста.

Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання

1. Чому не можливо експериментально визначити абсолютну величину електродного потенціалу?

2. Запишіть рівняння Нернста. Дайте визначення поняттю “стандартний електродний потенціал”.

3. Наведіть приклади електродів першого роду.

4. До якого типу електродів відноситься хлорсрібний і каломельний електрод? Яке застосування знаходять електроди другого роду?

5. Запишіть вираз для електродного потенціалу електроду Pt|Mn²⁺, MnO₄^-. До якого типу електродів можна віднести цей електрод?

6. Які електроди називають йонселективними? В чому виявляється їх селективність.

7. Наведіть приклади кіл без переносу і з переносом? Запишіть рівняння Нернста для концентраційного елемента.

Ііі. Розв’язати задачі

1. Розрахувати величину потенціалу Аl-електрода в 0,2 М розчині Аl₂(SО₄)₃ при температурі 25 °С, якщо стандартний потенціал φ⁰ = –1,663 В, а коефіцієнт активності а = 0,0255.

2. При 298 К потенціал електрода Cu | Cu²⁺ (а = 0,005) дорівнює + 0,2712 В. Обчислити стандартний потенціал мідного електрода.

3. Epc елемента, складеного з насиченого каломельного і заповненого шлунковим соком водневого електродів, при 298 К дорівнює 0,332 В. Потенціал насиченого каломельного електрода за нормальним водневим електродом при цій самій температурі дорівнює +0,242 В. Визначити рН шлункового соку.

Самостійна робота на занятті

1. Виконання тестових завдань (перевірка домашньої самопідготовки).

2. Аналіз та обговорення основних питань теми, корекція вихідного рівня знань.

3. Аналіз та обговорення типових помилок при розв’язуванні розрахункових задач.

4. Виконання лабораторної роботи (підсумковий контроль засвоєння теми).

Лабораторна робота Потенціометричне визначення рН водних розчинів Інформаційна частина

Основу потенціометричного (електрометричного) методу визначення рН розчинів становить вимірювання напруги гальванічного елементу, один з електродів якого (індикаторний) є чутливий до зміни концентрації водневих йонів у розчині. В даній лабораторній роботі використовується гальванічний елемент, що складається з хлорсрібного електроду порівняння та індикаторного скляного електроду:

Ag | AgCl, KCl || Досліджуваний розчин || скло | 0,1 Н HCl, AgCl | Ag.

Потенціал хлорсрібного електроду (_хс), згідно з рівнянням Нернста, можна записати у вигляді наступного виразу:

_хс = _хс – 0,059 lg a_Cl^– , (6.1)

де _хс – стандартний потенціал пари AgCl/Cl^– хлорсрібного електроду; a_Cl^– – активність йонів Хлору в насиченому розчині КCl. Потенціал хлорсрібного електроду в даному колі зберігає постійне значення – 201 мВ (25 С).

Потенціал скляного електроду можна виразити рівнянням (6.2):

_с = _с + 0,059 lg a_Н+ = _с – 0,059 р , (6.2)

де _с – стандартний потенціал скляного електроду – величина, яка залежить від конструкції електроду та сорту скла з якого виготовлена мембрана; a_Н+ – активність водневих йонів в досліджуваному розчині; рН – водневий показник розчину.

Напруга (Е) хлорсрібно-скляного кола рівна різниці потенціалів електродів:

Е = _с – _хс = _с – 0,059рН – _хс = _с – _хс – 0,059 рН. (6.3)

При деякому значенні рН потенціали електродів – порівняння та індикаторного, вирівнюються, а напруга кола рівна нулю (Е=0). Розчин з рН, для якого виконується умова Е = 0 називають ізопотенційним, відповідне значення водневого показника – ізопотенційною точкою (рН_і). В ізопотенційній точці рівняння (6.3) перетворюється у вираз:

_с – _хс = 0,059рН_і . (6.4)

З врахуванням цього, рівняння (6.3) для напруги кола з розчином рН якого відмінне від рН_і можна переписати в наступній формі:

Е = 0,059рН_і – 0,059рН = 0,059(рН_і – рН). (6.5)

Рівняння (6.5) лежить в основі потенціометричного визначення рН водних розчинів. Знаючи величину рН_і скляного електроду і виміривши напругу кола із досліджуваним розчином, за рівнянням (6.5) можна обчислити рН цього розчину. Величина рН_і є індивідуальною характеристикою скляного електроду, і залежить від його конструкційних особливостей та матеріалу мембрани.

Оскільки, в ізопотенційній точці Е_і може дещо відрізнятися від нульового значення, більш коректним є визначення рН з допомогою калібрувального графіка Е–рН. З цією метою готують серію стандартних буферних розчинів (рН = 1…10) і визначають напругу хлорсрібно-скляного кола для кожного з розчинів. За одержаними результатами будують калібрувальний графік.