Экспериментальная часть Работа 1. Электродные потенциалы металлов в водных растворах электролитов

Задание: ознакомиться с методикой измерения и установления природы электродных потенциалов в различных электролитах. Определить потенциал меди в пяти растворах CuSO₄ концентрации (моль/л): 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1,0. Определить электродный потенциал стали в 3%-ном растворе NaCl; Определить электродный потенциал алюминия в электролите NaCl - 0,5М, К₂Сr₂O₇ - 0,5М.

Порядок выполнения работы:

1. Механически зачистить наждачной бумагой образец исследуемого металла.

2. Обезжирить рабочую поверхность образца, протирая ватой, смоченной в ацетоне (либо в содовом растворе).

3. Промыть образец водопроводной, а затем дистиллированной водой.

4. Провести процесс активации в растворе соляной кислоты (опустив образец на несколько секунд в емкость с кислотой).

5. Промыть образец водопроводной, а затем дистиллированной водой.

6. Погрузить образец в ячейку 4 с исследуемым раствором (рисунок 1.4).

7. Выждав две минуты, измерить потенциал электрода с помощью высокоомного вольтметра 1. При измерении потенциалов применяют хлоридсеребряный электрод сравнения 3.

1 – высокоомный вольтметр;

2 – исследуемый электрод;

3 – электрод сравнения;

4 – ячейка;

5 – солевой мостик

2

5

3

1

4

Рисунок 1.4 - Схема установки для измерения электродных потенциалов

Обработка опытных данных

Пересчет значений измеренных потенциалов исследуемых образцов на водородную шкалу производят по формуле:

,

где Е_h – потенциал металла по отношению к водородному электроду, В; Е_х – измеряемый потенциал металла по отношению к электроду сравнения, В; Е_э.с. – потенциал электрода сравнения по отношению к стандартному водородному электроду, В (для хлорсеребряного электрода сравнения значение Е_э.с. равно 0,2 В.

Теоретические значения обратимых потенциалов предполагаемых электродных реакций рассчитывают по формулам, принимая рН равным 7.

Значения активности ионов металла в растворе определяют по формулам:

Концентрация ионов железа в приэлектродном слое равна:

Знаменатель определяется через произведение растворимости воды:

Результаты опытов и расчетов заносят в таблицу 1 и используют их для построения совмещенных графиков зависимости Е_м – lg a_M^z+ для системы Cu²⁺Cu. На графики наносят стационарные значения измеренных и пересчитанных на водородную шкалу потенциалов. Значение измеренного стационарного потенциала стали также необходимо пересчитать на водородную шкалу и сравнить с рассчитанным значением.

Таблица 1 - Зависимость электродного потенциала металла от концентрации электролита и продолжительности контакта фаз

Концентрация раствора, моль/л	, мин	Экспериментальные значения потенциалов, В		аMz+, г-ион/л	lgaMz+	Теоретическое значение равновесного потенциала, В
		Ех, В (относительно хсэ)	Еh, В (по водородной шкале)
1	2	3	4	5	6	7
0.0001М CuSO4 ….	2
0.5М NaCl	0
0.5М NaCl	5
0.5М NaCl	10
0.5М NaCl	15

Контрольные вопросы:

1. Являются ли потенциалы меди в растворах их собственных ионов обратимыми? Почему могут различаться их экспериментальные и теоретические значения?

2. Какова природа потенциала стали в исследуемом растворе?

3. Какова роль окислителей О₂ и Н₃О⁺ в установлении потенциала стали?