Лабораторный практикум.... Практикум по электрохимии учебное пособие для студентов всех специальностей

• Название: Практикум по электрохимии учебное пособие для студентов всех специальностей
• Анкор: Лабораторный практикум....doc
• Дата: 21.12.2017
• Размер: 2.97 Mb.
• Имя файла: Лабораторный практикум....doc
• Тип: Практикум; #12416
• страница: 3 из 11

Порядок выполнения работы

1. 
   Тщательно вымытый стаканчик на 50 см³ устанавливают в штатив модуля и наливают в него примерно 40 см³ заранее приготовленного буферного раствора (рекомендуется стаканчик и электроды предварительно ополоснуть буферным раствором). Стаканчик закрывают крышкой и устанавливают стеклянный и хлоридсеребряный электроды и термодатчик.
   
2. 
   Подключение электродов и термодатчика производят согласно электрической схеме.
   
3. 
   После установления равновесия (равновесие устанавливается в течение 3-5 минут) производят измерение ЭДС, составленного гальванического элемента.
   
4. 
   Повторяют опыт с другими приготовленными растворами. Полученные данные заносят в таблицу.
   
5. 
   Заменяют стеклянный электрод на платиновый или золотоуглеродистый и повторяют всю серию опытов (согласно пп. 1—4) с той лишь разницей, что в каждый раствор добавляют небольшое количество хингидрона. (Время установления равновесия после добавления хингидрона составляет примерно 2-3 минуты.)
   
6. 
   Проводят расчет значений рН растворов, полученных двумя способами, и сравнивают результаты расчетов между собой.
   

Рекомендуемый вид таблицы

Раствор	Стеклянный эл-д		Хингидонный эл-д		Сходимость, %
	, В	рН	, В	рН
Буфер
№ 1
№ 2
№ 3

Работа № 3.

Определение среднего коэффициента активности

электролита методом потенциометрии

Цель
Определить значения среднего коэффициента активности растворов соля­ной кислоты методом потенциометрии.
Задачи

1. 
   Измерить ЭДС гальванического элемента, составленного из стеклянного и хлоридсеребряного электродов, с растворами соляной кислоты различной концентрации;
   

2. Способом графической экстраполяции определить значение стандартной ЭДС, используемого гальванического элемента;

3. Рассчитать значения среднего коэффициента активности растворов соляной кислоты различной концентрации.
Приборы и реактивы

1. Учебно-лабораторный комплекс "Химия" в следующей комплектации:

— центральный контроллер;

— модуль «Электрохимия» в комплекте со стаканчиком (50 см³), датчиком температуры, стеклянным и серебряным электродами и шнурами для подсоединения электродов;

2. Раствор соляной кислоты с известной концентрацией (0.1 М), дистиллированная вода, раствор AgN0₃ (примерно 0.01 М);

3. Две пипетки на 10 см³, лабораторная посуда.
Методика выполнения работы и ее обоснование

Для определения среднего коэффициента активности электролита необхо­димо составить элемент, состоящий из электродов обратимых относительно катиона и аниона исследуемого электролита. Кроме того, чтобы исключить возникновение диффузионного потенциала, элемент не должен содержать жидкостной границы. Для определения среднего коэффициента активности раствора соляной кислоты можно использовать гальванический элемент, состоящий из хлоридсеребряного и стеклянного электродов

Ag | AgCl | HCl(aq) | стекло | HC1(0.1 M) | AgCl | Ag.

ЭДС этого гальванического элемента будет
. (3.39)

Учитывая, что , получим

. (3.40)

После небольших преобразований

. (3.41)

Для предельно разбавленного раствора

. (3.42)

Обозначим .

Согласно теории Дебая-Хюккеля для разбавленных растворов должна наблюдаться прямолинейная зависимость в координатах . Таким образом, экстраполируя зависимость до нулевой концентрации, мы можем определить значение стандартной ЭДС используе­мого гальванического элемента.

Зная значение можно рассчитать средний коэффициент активности раствора соляной кислоты используя уравнение (3.41).
Порядок выполнения работы

1. Перед проведением первого опыта поверхность серебряного электрода осторожно, но тщательно очищают лезвием от оксидов или сульфидов серебра, которые могли образоваться при хранении электродов. Вместо механической очистки можно обработать электрод концентрированным раствором аммиака (несколько минут).

2. 
   Тщательно вымытый стаканчик на 50 см³ устанавливают в штатив модуля и помещают в него с помощью пипетки 20 см³ раствора соляной кислоты. В стаканчик вносят несколько капель раствора нитрата серебра для создания раствора насыщенного относительно ионов серебра (I) (это необходимо для получения хлоридсеребряного электрода, обратимого относительно хлорид-ионов). Далее в стаканчике устанавливают: серебряный и стеклянный электроды и один термодатчик.
   

3. Подключение электродов и термодатчика производят согласно схеме.

4. 
   После установления равновесия (3-5 минут) производят измерение ЭДС гальванического элемента и заносят полученное значение в таблицу.
   

5. Производят разбавление раствора соляной кислоты в два раза. Для этого, отбирают пипеткой 10 см³ раствора и помещают вместо него 10 см³ дистиллированной воды (целесообразно использовать две пипетки — одну для раствора, другую для воды). После установления равновесия (3-5 минут) производят измерение ЭДС гальванического элемента и заносят полученное значение в таблицу.

6. Повторяют разбавление с последующим измерением ЭДС 2-3 раза.

7. 
   Далее строят график в координатах и экстраполируя зависимость до нулевой концентрации определяем значение .
   
8. 
   Вычисляют значения и по уравнению (3.41) для различных концентраций раствора НС1 и данные заносят в таблицу.
   

Рекомендуемый вид таблицы

СHCl, M	,B	y	C1/2

Справочные данные (для сравнения):

для НС1 (0.1 M) =0,796;

для НС1 (0.05 M) =0,830

Работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ И ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС

ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО Cu/Ag ЭЛЕМЕНТА

Цель 

Изучение работы и измерение ЭДС гальванического Cu/Ag элемента, определение максимальной работы и теплового эффекта химической реакции в гальваническом элементе.
Задачи

1. Измерить ЭДС гальванических элементов с растворами нитрата меди разной концентрации;

2. Построить график зависимости ЭДС от концентрации Cu(NO₃)₂;

3. Рассчитать теоретические значения ЭДС гальванического элемента.

4. Измерить ЭДС гальванического элемента при двух температурах.

5. Рассчитать температурный коэффициент ЭДС ().

6. Рассчитать по экспериментальным данным максимальную работу и тепловой эффект химической реакции в гальваническом элементе.

Приборы и реактивы

1. Учебно-лабораторный комплекс «Химия» в следующей комплектации:

• 
  центральный контроллер;
  
• 
  модуль «Электрохимия» в комплекте с двумя стаканчиками (50 см³), датчиком температуры, медным и серебряным электродами и шнурами для подсоединения электродов;
  

2. 
   Растворы нитрата меди разной концентрации.
   

Порядок выполнения работы

Работа сводится к определению ЭДС изучаемого элемента при нескольких заданных концентрациях и температурах (для этого приготовленный элемент помещают в термостат).

1. Приготовить растворы нитрата меди (II) с концентрацией 0,1 М и 0,01 М, согласно методике приготовления растворов.

Методика приготовления растворов

Приготовить из 1 М раствора сульфата меди путем последовательного разбавления 2 раствора с концентраций 0.1 М и 0.01 М.

а) Наливают в две колбы 100 мл дистиллированной воды.

б) В первую колбу переносят 10 мл исходного раствора и тщательно перемешивают. В первой колбе концентрация раствора соли составит 0.1 М.

в) Из первой колбы во вторую переносят 10 мл раствора соли. Содержимое колбы перемешивают. Во второй колбе концентрация раствора соли составит 0.01 М.

2. Собрать медно-серебряный гальванический элемент и измерить его ЭДС.

a) Медный и серебряный электроды зачистить наждачной бумагой и промыть дистиллированной водой.

б) Один стеклянный стаканчик заполнить 1 М раствором нитрата меди (II), второй стеклянный стаканчик заполнить 1 М раствором нитрата серебра.

в) Поместить электроды в стеклянные стаканчики, заполненные соответствующими растворами: медный электрод - в сосуд с раствором Cu(NO₃)₂ серебряный электрод - в сосуд с раствором Ag(NO₃).

г) Для обеспечения электролитического контакта между исследуемыми электродами помещаем в стеклянные стаканчики солевой мостик.

3. Подключение электродов и термодатчика производят согласно электрической схеме.

4. Измерения ЭДС гальванического элемента повторить для 0.1 М и 0.01 М раствора нитрата меди (II).

5. Рассчитать теоретические значения для потенциалов медного электродов для разных концентраций нитрата меди (II), воспользовавшись уравнением Нернста и значениями стандартных потенциалов, приведенных в таблице.

(3.43)

6. Рассчитать теоретического значение ЭДС гальванического элемента _.

7. Построить график зависимости экспериментального и теоретического значения ЭДС гальванического элемента от концентрации в растворе нитрата меди (II) в координатах  - ([Cu(NO₃)₂]).

8. Рассчитать температурный коэффициент , используя измеренные величины ЭДС.

9. Рассчитать максимальную работу и тепловой эффект химической реакции в гальваническом элементе по формулам

(3.44)

(3.45)

10. Определить относительную погрешность эксперимента по формуле:



11. Полученные данные занести в таблицу.

Рекомендуемый вид таблицы

[Cu(NO3)2], моль/л	В	В	В	, кДж	кДж	, В	%
1.0
0.1
0.01

Работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЕЛ ПЕРЕНОСА ИЗМЕРЕНИЕМ ЭДС

КОНЦЕНТРАЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА
Цель

Определение чисел переноса ионов и в растворе методом измерения ЭДС.

Задачи

1. Измерить ЭДС гальванического элементов с растворами нитрата серебра разной концентрации;

2. Рассчитать числа переноса ионов и .