«Электрохимические элементы. Окислительно

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КАФЕДРА ХИМИЯ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«Электрохимические
элементы.
Окислительно-восстановительные реакции
в электрохимических системах»
Работу выполнил студент
гр. _______
ф-т ____________
Ф.И.О. _________________________________________________
Дата выполнения работы:
«___» _____________20__г.
Работу проверил преподаватель:
«___» _____________20__г.
1
Опыт 1. Определение ЭДС гальванического элемента
Цель работы: Изучить механизм действия электрохимического элемента. Вычислить ЭДС серебряно-медного гальванического элемента.
Оборудование
Учебно-лабораторный комплекс «Химия» в комплектации:
- компьютер;
- универсальный контроллер (рис. 2);
- модуль «Электрохимия» в комплекте со стаканами (50 мл), датчиком температуры, медным и серебряным электродами. Медный и серебряный электроды
должны быть предварительно зачищены мелкой наждачной бумагой (при необходимости), промыты дистиллированной водой, высушены фильтровальной бумагой.
Гипотеза: Энергия окислительно-восстановительных процессов, протекающих на границах раздела различных проводников, превращается в электрическую и
обуславливает электродвижущую силу (ЭДС) гальванического элемента. Величина электродного потенциала металла в растворе одноимённой соли зависит от
концентрации ионов в растворе, их валентности и температуры.
Положения, подтверждающие данную гипотезу:
1. При погружении металла в раствор на их границе образуется
________________________________________
2. Отрицательный электрический заряд образуется на поверхности большинства
активных металлов за счёт
_________________________________________________________________
3. Положительный электрический заряд образуется в поверхностном слое раствора
электролита, примыкающего к отрицательно заряженному электроду. Этот заряд
образуется за счёт
___________________________________________________________________
4. Скачки потенциалов, образующиеся на границах раздела различных проводников, обуславливают в гальванических элементах ____________________
5. В основе работы элемента Якоби-Даниэля лежат электрохимические реакции:
а) на аноде ______________
б) на катоде ____________
6. Схема элемента Якоби-Даниэля имеет вид ________________
7. Величина электродного потенциала электрода, зависящая от температуры и активности ионов в растворе, установлена ____________ и имеет вид __________
8. Стандартным нормальным электродом принято считать ____________________,
на котором протекает реакция ______________________________
9. В цепи со стандартным электродом металл, выполняющий роль катода, будет
________________ заряженным электродом.
10. В цепи со стандартным электродом металл, выполняющий роль анода, будет
________________ заряженным электродом.
11. ЭДС гальванического элемента равна __________
2
Методика выполнения опыта
Соберите гальванический элемент. Для этого два стаканчика на 50 мл установите в штатив модуля «Электрохимия». В один из стаканов налейте 40 мл раствора нитрата меди и поместите в него медный электрод . Другой стаканчик аналогичным образом заполните раствором нитрата серебра и поместите в него серебряный электрод. Растворы соедините с помощью солевого мостика, содержащего
раствор нитрата аммония. Солевой мостик препятствует смешиванию растворов и
проводит электрический ток.
Подготовьте модуль к работе (см. Приложение).
Медный электрод подключите к 4-ому измерительному каналу, а серебряный
электрод − к разъему с маркировкой
.
После установления равновесия (5 мин.) произведите измерение ЭДС гальванического элемента.
Отметьте свои наблюдения
1. Потенциалы электродов и вычисленную по их значениям величину электродви-
жущей силы Етеор запишите в табл. 1.
2. Запишите полученное значение электродвижущей силы Еэксп в табл. 1. Сравните
теоретическое и экспериментальное значения ЭДС серебряно-медного гальванического элемента.
Таблица 1
ЭДС серебряно-медного гальванического элемента
Электрод
Cu | Cu(NO3)2
Ag | AgNO3
Концентрация Электродный Электродвижущая сила, В
электролита,
потенциал
Eтеор
Eэкспер
n
0
моль/л
Me /Me , В
0,1
0,1
Выводы _____________________________________________
(подтвердилась ли в ходе эксперимента выдвинутая гипотеза)
3
ПРИЛОЖЕНИЕ
Подготовка модуля «Электрохимия» к работе и
управление УЛК с помощью компьютера
1. Подключите универсальный контроллер к модулю «Электрохимия» и
компьютеру с помощью соединительных кабелей. Место подключения отмечено на
задней стенке контроллера (рис. 1).
2. Подключите электроды гальванического элемента. Для измерения ЭДС
более положительный электрод подключите к 4-ому измерительному каналу, а
другой электрод - к разъему с маркировкой
(конкретные электроды указаны в
рабочем задании).
2
3
4
5
Рис. 1. Схема и внешний вид модуля «Электрохимия»:
1 − кабель подключения к универсальному контроллеру; 2 − гнёзда подключения датчиков температуры; 3 − гнёзда подключения электродов; 4 − держатели стаканчиков; 5 − держатели электродов
3. Включите компьютер. Подключите центральный контроллер к сети переменного тока, включите тумблер «СЕТЬ» . Запустите программу управления УЛК
«Химия» − elsms2.exe ( см. С:\ULK или «Рабочий стол»).
4. В появившемся окне инициализации («Добро пожаловать в УЛК») выберите вариант работы с УЛК — « Работа с контроллером». При правильно подсоединенном модуле и контроллере справа должны быть надписи: «Контроллер активен»
и ниже «Модуль: Электрохимия». Затем войдите в программу управления УЛК
путем нажатия кнопки «Вход».
4
5. В окне управления программой включите (поставьте галочку) «ЭДС
(*.****)» на 4-м измерительном канале. В окне «Текущее значение» появится значение ЭДС.
6. В группе элементов «Параметры измерения» отключите «Автоматический
режим» (уберите галочку). Настройте параметры одиночного измерения: рекомендуется проводить измерения через 60 с включенным «Усреднением».
7. После установления равновесия (5 мин) произведите измерение ЭДС исследуемого гальванического элемента путем нажатия кнопки «Измерение». Появится окно состояния измерения — «Обмен данными с контроллером» и текущий
эксперимент будет дополнен результатом измерения.
5
8. Для продолжения проведения работы смените раствор и продолжите выполнение работы согласно п.п. 6 − 7.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. Гальванический элемент образован электродом Fe/Fe2+ при активной концентрации ионов железа
= 0,1 моль/л и электродом Ag/Ag+ при активной концентрации ионов серебра
= 0,01 моль/л. Составить схему гальванического элемента.
Рассчитать ЭДС этого гальванического элемента.
2. Железный и оловянный электроды погружены соответственно в растворы
FeCl2 SnCl2. Какие реакции протекают у катода и анода? Составить схему гальванического элемента и рассчитать его ЭДС.
3. Составить схему гальванического элемента из медного и серебряного электродов, погруженных соответственно в 0,1 М растворы Cu(NO3)2 и AgNO3. Запишите
уравнения электрохимических процессов, протекающих на аноде и катоде. Вычислите теоретическое значение ЭДС этого гальванического элемента.
6