лабораторная физика. Лаба 6. I. Теоретическая часть 1 Определение понятия химических источников тока
 Скачать 114.5 Kb.
|
I. Теоретическая часть: 1)Определение понятия химических источников тока. Гальванический элемент- это система, состоящая из двух электродов в растворы электролитов, в которой за счет протекания ОВР возникает электрический ток, т.е. наблюдается превращение химической энергии в электрическую. Реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав гальванического элемента и расходуется в процессе его работы. После расхода реагентов элемент не может больше работать. Таким образом, этот источник тока одноразового действия, поэтому его ещё называют первичным химическим источником тока. 2) Двойной электрический слой на границе раздела металл-раствор.  При погружении металла в раствор начинается сложное взаимодействие металла с компонентами раствора. Наиболее важной реакцией является взаимодействие поверхностных ион-атомов металла, находящихся в узлах решётки, с полярными молекулами воды, ориентированными у поверхности электрода. В результате взаимодействия происходит окисление металла и его гидротированные ионы переходят в раствор, оставляя в металле электроны, заряд которых не скомпенсирован положительно заряженными ионами в металле. Металл становиться заряжен отрицательно, а раствор положительно. Положительно заряженные ионы из раствора притягиваются к отрицательно заряженной поверхности металла. На границе металл-раствор возникает двойной электрический слой.3)Уравнения Нернста. Зависимость электродного потенциала от концентраций веществ, участвующих в электродных процессах, и от температуры выражается уравнением Нернста: ,где  - стандартный электродный потенциал; -газовая постоянная; -постоянная Фарадея(96500 Кл/моль);Z -число электронов, участвующих в электродном процессе.  и  - произведения концентраций (активностей) веществ, принимающих участие в соответствующей полуреакций в окисленной  и восстановленной  формах.После подстановки, а уравнение значений  и  приобретает для  (298 K) следующий вид: ,где  -молярная концентрация металла.4)Определение понятия анода и катода. Электрод с меньшим значением  ( равновесного потенциала) называется анодом. На аноде происходит окисление.Электрод с большим значением ( равновесного потенциала) называется катодом. На катоде восстанавливаются ионы металла из раствора электролита.5)Вычисление ЭДС химических источников тока. ЭДС – это максимальная разность потенциалов между электродами, которая достигается при работе гальванического элемента:  >0II Экспериментальная часть: Опыт 1. Тема: «Составление медно-цинкового гальванического элемента». Задание: сравнить значение теоретической ЭДС с экспериментальным значением. Результаты опыта: Значение ЭДС гальванического элемента, определенное экспериментально составляет 0,5В. Вычислим теоретическое значение ЭДС. Для этого:
1.Составим схему собранного элемента гальванического. Вычислим равновесные электродные потенциалы цинка и медиДля этого: а) Из справочных данных найдем значения стандартных электродных потенциалов:  ; .б) Рассчитываем значения равновесного потенциала по уравнению Нернста: ; .2.Установим анод и катод. Запишем процессы, протекающие на аноде и катоде: Поскольку  ,то на медном электроде будет происходить процесс восстановление, то есть он будет служить катодом:Катод:  .На цинковом электроде будет протекать процесс окисления, то есть этот электрод будет анодом: Анод:  .Уравнения токообразующей реакции. а) В молекулярном виде:  .а) В ионном виде:  .Определим ЭДС гальванического элемента.  Таким образом,  ,  . Разница ЭДС обусловлена омическим падением напряжения внутри элемента при прохождении тока и другими эффектами.Опыт 2. Тема: «Направление протекания О.В.Р.». Задание: определить направление протекания окислительно-востановительных реакции. Результаты опыта:  1.Рассчитаем прямую реакцию: Составим уравнения полуреакций окисления и восстановления для протекающей Окислительно-востановительной реакции. 2   (процесс окисления); (процесс восстановления)Считая данные реакции токообразующеми при работе гальванического элемента, выпишем из таблицы значения соответствующих стандартных потенциалов и вычислим ЭДС прямой реакции:  ; . , значит, реакция в прямом направлении не протекает.11.Рассчитаем обратную реакцию: Составим уравнения полуреакций окисления и восстановления для протекающей Окислительно-востановительной реакции.   (процесс восстановления); (процесс окисления)Считая данные реакции токообразующеми при работе гальванического элемента, выпишем из таблицы значения соответствующих стандартных потенциалов и вычислим ЭДС прямой реакции: ; . , значит, реакция в обратном направлении протекает.Уравняем данную реакцию методом электронно-ионного баланса (процесс восстановления); (процесс окисления) Вывод:в ходе данной лабораторной работы мы ознакомились с электролитическими процессами, протекающими на электролитами, а так же изучили устройство медно-цинкового гальванического элемента. Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» Факультет «Приборостроительный» Кафедра «Химия и химическая технология» Лабораторная работа № 6 «Химические источники тока» Выполнил студент гр. Б02-280-2 Титов М.Г Проверил к.т.н., доцент кафедры ХХТ Семакина Н. В. Ижевск, 2020 |
