1.Измерение эдс

Гальванические элементы собирают из двух металлических электродов, помещенных в два отдельных стакана, соединенных электролитическим ключом, который представляет собой изогнутую стеклянную трубку, заполненную насыщенным раствором хлорида калия (рис. 1).

Соберите гальванический элемент, для этого подготовьте две электродные схемы, состоящие из металлов, погруженных в растворы собственных солей. Конкретные металлы – Zn и Cu.

Рисунок 1. Гальванический элемент с электролитическим ключом.

1. Электроды;

2.Сосуд;

3. Растворы электролита;

4.Электролитический ключ.

Сосуды для растворов предварительно вымойте проточной водой под краном, ополосните дистиллированной водой, затем раствором соли соответствующего металла и залейте этот раствор на 2/3 объема сосуда.

Металлические пластинки тщательно зачистите наждачной бумагой, промойте проточной водой под краном и погрузите в сосуды с раствором соли.

Проследите, чтобы места спая металлической пластины с проводником не касались раствора.

После этого подключаем гальванический элемент к высокоомному вольтметру и измеряем ЭДС. Это более простой, но менее точный метод измерения ЭДС, который заключается в прямом измерении напряжения на клеммах гальванического элемента с помощью вольтметра, имеющего высокое входное сопротивление. Вследствие высокого сопротивления мала сила тока, протекающего через элемент, поэтому невелика разница между ЭДС и напряжением элемента. Однако, даже малый ток в цепи приводит к потерям (І·R) и в результате измеряют не ЭДС, а напряжение гальванического элемента. В качестве высокоомного вольтметра в работе используется рН – метр.

1.Запишите уравнения электродных и токообразующей реакций.

2.По уравнению Нернста рассчитайте величины равновесных потенциалов электродов, использованных в элементе. Примите, что активность ионов равна концентрации.

3.Рассчитайте ЭДС и сравните ее с экспериментальным значением. Рассчитайте стандартную ЭДС элемента.

4.Используя измеренную величину ЭДС, определите энергию Гиббса токообразующей реакции и стандартную энергию Гиббса (см. Общая химия, Коровин Н.В. 2002г., стр.267). Определите стандартную энергию Гиббса по термодинамическим данным и сравните ее с расчетной.

2.Напряжение элемента.

Измерение напряжения проводят на установке, состоящей из амперметра для прямого измерения тока в цепи, проходящего через измеряемый элемент, вольтметра для прямого измерения напряжения на клеммах элемента и сопротивления для регулирования тока в цепи ( в отчете приведите схему установки).

Соберите гальванический элемент и подключите его к установке для измерения напряжения. Постепенно повышайте плотность тока, записывая напряжение элемента. Снимите 3-4 показания в течение 15 минут.

Результаты опыта сведите в таблицу:

Таблица 1. Зависимость напряжения гальванического элемента от плотности тока (или тока) в цепи.

Номер измерения	Плотность тока, А/м2 или ток, А	Напряжение элемента, В

По данным таблицы постройте кривую зависимости напряжения элемента от плотности тока (вольтамперную кривую). Объясните, почему напряжение элемента не равно ЭДС и уменьшается при повышении плотности тока.

Опыт №2. Влияние концентрации растворов электролитов на ЭДС гальванического элемента.

Соберите медно – цинковый элемент (элемент Даниэля – Якоби) по методике, описанной в опыте №1. Залейте в стаканы растворы CuSO₄ и ZnSO₄ заданной концентрации. Рассчитайте равновесные потенциалы электродов и ЭДС элемента. Активности ионов меди и цинка примите равными их концентрациям. Определите ЭДС элемента по методике, описанной в опыте №1. Опыт проведите три раза, меняя концентрацию одного из растворов.

Результаты расчета и измерений запишите в таблицу:

Таблица 2. Зависимость потенциала электрода и ЭДС элемента от концентрации электролита.

Концентрация растворов, моль/л		Равновесные потенциалы электродов, В		ЭДС элемента, В
CuSO4	ZnSO4			измеренное	расчетное

По полученным данным постройте графики зависимости ЭДС и напряжения от концентрации (активности) ионов. Составьте схему элемента, уравнения электродных и токообразующей реакций.

Объясните влияние концентрации ионов на ЭДС.

Контрольные вопросы и задачи.

1. Как устроен гальванический элемент?

2. Какое уравнение выражает связь между термодинамическими функциями реакции и ЭДС гальванических элементов?

3. Как устроен стандартный водородный электрод?

4. Какие факторы влияют на потенциал металлического электрода?

5. Какие факторы влияют на потенциал газовых электродов?

6. Как измерить ЭДС гальванического элемента?

7. От каких факторов зависит напряжение гальванического элемента?

8. Рассчитайте стандартную ЭДС гальванического элемента Pb | Pb²⁺ || Zn²⁺ | Zn по известным значениям стандартных потенциалов электродов.

С учетом полученного значения стандартной ЭДС элемента определите стандартное значение энергии Гиббса, протекающей в элементе реакции. Определите энергию Гиббса из термодинамических данных и сравните обе величины.

9. Рассчитайте равновесный потенциал медного и серебряного электродов при и ЭДС элемента, составленного из этих электродов:

Ag | Ag⁺ || Cu ²⁺ | Cu

Ответ: 0,28; 0,68; 0,4 В.

10. Рассчитайте равновесные потенциалы двух медных электродов, у которых активности ионов меди Сu²⁺ соответственно равны 1,0 и 10^-3 моль/л. Определите ЭДС следующих элементов:

Cu| Cu ²⁺ || Cu ²⁺| Cu

Cu| Cu ⁺ || Cu ⁺| Cu

Ответ: 0,34; 0,26; 0,09; 0,16 В.