Лабораторная работа № 25. Измерение температурного коэффициента э.Д.С. Гальванического элемента и расчет термодинамических величин.
Цель работы: приготовление
гальванического элемента и измерение
его э.д.с. при
различных температурах. Вычисление
температурного коэффициента dE/dT, а
также изменения энтальпии
,
энтропии
,
энергии Гиббса
,
для реакции, протекающей в гальваническом
элементе.
Обратимый гальванический элемент может быть составлен из любых двух обратимых электродов (I рода, II рода или окислительно-восстановительных). Диффузионный потенциал на границе контактирующих растворов снижают до минимума, соединяя растворы при помощи солевого мостика, наполненного насыщенным раствором KCl
При измерениях э.д.с. нужно помнить:
● равновесные значения э.д.с. устанавливаются не сразу, а через 3-5 мин после составления гальванического элемента;
● во избежание поляризации электродов, цепь можно замыкать при измерениях только на очень короткое время;
● следует следить за надежностью контактов (возможно образование пузырьков воздуха на кончиках солевого мостика).
Теоретическое обоснование.
Допустим, что в гальваническом элементе квазистатически протекает реакция по уравнению:
v1 А1+ v2 А2= v3 А3+ v4 А4,
Где А1 и А2 _- исходные вещества, А3 и А4 - продукты реакции, v1 -стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.
Если в результате протекания реакции прореагирует v1 моль вещества А1 c v2 моль вещества А2 с образованием v3 моль вещества А3 и v4 моль вещества А4, то говорят, что реакция совершила один пробег. К этим условиям протекания реакции обычно относят наблюдаемые в системе изменения энтальпии, энтропии и ряда других термодинамических величин.
Для квазистатического процесса при
постоянном давлении и температуре
максимально полезная работа (электрическая)
равна,
убили энергии Гиббса -
:
- = =zFE (1)
Из уравнения Гиббса-Гельмгольца:
(2)
Из уравнения (1) следует:
(3)
При dE/dT =0, т.е. когда э.д.с. элемента не зависит от температуры, энергия реакции (реакция экзотермическая) полностью превращается в электрическую работу.
При dE/dT >0 получаемая работа =zFE больше энергии, освобождающейся в результате реакции. Избыток энергии черпается из окружающей среды. Если доступ тепла из вне будет затруднен, то элемент при работе будет охлаждаться. Известны гальванические элементы. В которых протекающая реакция является эндотермической ( >0), а dE/dT >0. В таких элементах, очевидно, максимально полезная работа полностью производится за счет энергии окружающей среды.
При dE/dT <0 получаемая работа меньше энергии, доставляемой реакцией; часть энергии будет выделяться в виде теплоты. Если отдача тепла элементом затруднена, то элемент при работе будет нагреваться.
Сопоставляя уравнение (3) с уравнением
(4)
Легко показать, что изменение энтропии
(5)
Приборы и реактивы: установка для измерения э.д.с., солевой мостик с насыщенным раствором KCl, электроды.