Экспериментальная часть. Используемые приборы, оборудование и реактивы: высокоомный вольтметр

Используемые приборы, оборудование и реактивы: высокоомный вольтметр, набор металлических пластин (Cu, Pb, Zn и др.), растворы солей металлов (ZnSO₄, CuSO₄, Pb(NO₃)₂ и др.), стаканы, соединительные провода, электролитический ключ (солевой мостик).

Выполнение работы:

Опустить два металлических электрода в растворы соответствующих солей (концентрации указываются преподавателем). Глубина погружения 1-2 см. Подождать 5 минут (минимально) для установления равновесия. Собрать замкнутую цепь, включающую электроды и высокоомный вольтметр, который с большой точностью может быть использован вместо компенсационной схемы. Растворы соединить солевым мостиком (насыщенные растворы KNO₃ или KCl в агар-агаре). Через 2-3 минуты измерить ЭДС (E_эксп). (Рис. 4)Результаты эксперимента занести в таблицу:

Рис.4

Анод (-)	Катод (+)	Процессы, протекаю-щие на аноде и катоде и токообра-зующая реакция	(В)	Eэксп (В)	Относите-льная ошибка, %
Металл, раствор электро-лита, его концентр-ация (моль\л)	(В)	(В)	Металл, раствор электролита, его концентр-ация (моль\л)	(В)	(В)

Методика решения типовых задач.

1) В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи гальванического элемента Mg|Mg²⁺||Pb²⁺|Pb, если растворы электролитов одномолярные? Какой металл будет растворяться? Определите ЭДС.

Решение. Стандартный электродный потенциал магниевого электрода равен

-2,36В и более отрицательный, чем стандартный электродный потенциал свинцового электрода (-0,13В). Следовательно, магний более активно окисляется Mg-2e^-→Mg²⁺ .Избыточные электроны будут во внешней цепи переходить с магниевой пластины на свинцовую. Магниевый электрод будет служить анодом, а свинцовый- катодом. Схема гальванического элемента может быть записана как:

Стандартная ЭДС элемента:

2) Вычислите электродный потенциал цинка, опущенного в раствор его соли с концентрацией ионов цинка 0,001 моль/л.

Решение. Вычисление электродного потенциала производят по уравнению Нернста:

Стандартный электродный потенциал цинка равен -0,76В. Отсюда

3) Гальванический элемент состоит из серебряного электрода, погруженного в 1М раствор AgNO₃ и стандартного водородного электрода. Написать уравнение электродных процессов и суммарной реакции, происходящей при работе элемента. Чему равна его ЭДС.

Решение. Поскольку концентрация Ag⁺ составляет 1 моль/л, то значение электродного потенциала серебряного электрода может быть взято из таблицы Так как то на серебряном электроде будет происходить процесс восстановления, т.е. он будет служить катодом:

На водородном электроде будет происходить процесс окисления, т.е. этот электрод будет служить анодом:

Суммарная реакция, происходящая при работе гальванического элемента:

Схема рассматриваемого гальванического элемента имеет следующий вид:

Электродвижущая сила: Так как то Е=0,80 В.

4) Для взаимодействующих окислительно-восстановительных систем и электродные потенциалы соответственно равны и Составить схему гальванического элемента, напишите суммарную окислительно-восстановительную реакцию. Определите значение ЭДС гальванического элемента.

Решение. Система с меньшим потенциалом будет служить анодом (отрицательным электродом), характеризующимся процессом окисления

А: Система с меньшим потенциалом будет служить катодом (положительным электродом), характеризующимся процессом восстановления

К: Для такого процесса реакция должна иметь вид или

ЭДС гальванического элемента:

5) Определить ЭДС гальванического элемента

В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе данного?

Решение. Стандартный электродный потенциал системы равен 0,80 В. Обозначив электродный потенциал левого электрода через , а правого находим:

Вычисляем ЭДС элемента:

Поскольку то левый электрод служит отрицательным полюсом элемента и электроны будут перемещаться во внешней цепи от левого электрода к правому.

Контрольные вопросы и задачи.

1) Составить схемы двух гальванических элементов, в одном из которых железо служило бы катодом, а в другом- анодом. Написать уравнения реакций, происходящих при работе этих элементов, и вычислить значения стандартных ЭДС.

2) Какой электродный потенциал больше (в алгебраическом смысле): кальция в 5 моль/л растворе его соли или калия в 0,001 моль/л растворе его соли?

3) Вычислите потенциал водородного электрода, если концентрация ионов водорода [H⁺] в растворе равна 3,8 10^-3 моль/л.

4) Цепи для определения электродных потенциалов металлов имеют вид:

Для каждой из перечисленных цепей:

а) указать, какую роль (окислителя или восстановителя) и в какой форме (H₂ или H⁺) играет водород;

б) обозначить знаки полюсов и направление перемещения электронов по внешнему металлическому проводнику;

в) записать электронно-ионнными уравнениями, как сдвигается равновесие в каждом отдельном случае.

5) Электродные потенциалы взаимодействующих систем и соответственно равны и Составить схему работы гальванического элемента и определите ЭДС. Напишите суммарную реакцию.

Приложение. Таблица «Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы (по отношению к потенциалу стандартного водородного электрода)»

Окисленная форма	Число полученных электронов	Восстановленная форма	ϕ0,В
Li+		Li	-3,045
Rb+		Rb	-2,925
K+		K	-2,925
Cs+		Cs	-2,923
Ba2+		Ba	-2,900
Sr2+		Sr	-2,880
Ca2+		Ca	-2,870
Na+		Na	-2,714
Mg2+		Mg	-2,370
Al3+		Al	-1,662
Mn2+		Mn	-1,180
2H2O(pH=14)		H2+2OH-	-0,828
Zn2+		Zn	-0,763
Cr3+		Cr	-0,744
Fe2+		Fe	-0,440
2H+ (pH=7)		H2	-0,414
Cd2+		Cd	-0,403
Co2+		Co	-0,277
Ni2+		Ni	-0,250
Sn2+		Sn	-0,136
Pb2+		Pb	-0,126
2H+(pH=0)		H2
Cu2+		Cu	+0,337
O2+2H2O(pH=14)		4OH-	+0,401
I2		2I-	+0,536
Fe3+		Fe2+	+0,771
		2Hg	+0,798
Ag+		Ag	+0,799
O2+2H2O(pH=7)		4OH-	+0,815
Hg2+		Hg	+0,854
Br2		2Br-	+1,065
O2+4H+		2 H2O	+1,229
Cl2		2Cl-	+1,359
Au3+		Au	+1,500
			+2,010
F2		2F-	+2,870

Библиографический список

Коровин, Н.В. Общая химия. М. :Издательский центр «Академия»; 2013.496 c.

Химия. Учебник для вузов /А.А.Гуров, Ф.З.Бадаев, Л.П.Овчаренко, В.Н.Шаповал. М.: Издательский центр МГТУ им. Н.Э.Баумана ,2004. 784 с.

Гольбрайх ,З.Е., Маслов ,Е.И.Сборник задач и упражнений по химии .М.: Издательская группа АСТ,2007 .383 с.

Краткий справочник физико-химических величин /под ред. А.А.Равделя и А.М.Пономаревой; М.: ТИД «Аз-book»,2009 .241с.

Поиск по сайту: