Лабораторная работа (копия). Гальванические элементы

• Название: Гальванические элементы
• Дата: 10.03.2022
• Размер: 83.88 Kb.
• Имя файла: Лабораторная работа (копия).docx
• Тип: Лабораторная работа; #389945

Лабораторная работа № 1.

Тема: «Гальванические элементы».
Цель:

1. Уяснить принцип работы гальванического элемента (Якоби-Даниэля).

2. Выявить влияние концентрации электролита на значение ЭДС элемента.
Оборудование и реактивы: стеклянные химические стаканы, цинковая и медная пластины, растворы сульфата цинка и сульфата меди, солевой мост, вольтметр, соединительные проводники с клеммами.

Ход опыта (методику эксперимента записать в отчете):

1. 
   Просмотрите видеозапись: «Гальванический элемент».
   

Гальванический элемент состоит из соединенных между собой полуэлементов, каждый из которых представляет собой металлический электрод, погруженный в раствор соли того же металла. Полуэлементы соединяются в электрическую цепь с помощью трубки, заполненной токопроводящим раствором (так называемого солевого моста).

2. 
   Составьте схему и рисунок гальванического элемента.
   

Схема гальванического элемента Якоби-Даниэля:

(-)Zn|ZnSO₄||CuSO₄|Cu(+)

Рисунок:

Zn

3. 
   Используя таблиnу №3 («ряд напряжений») в Приложении Задания на контрольную работу №1 по дисциплине «Химия», определите, какая металлическая пластина будет являться анодом.
   

Запишите схему гальванического элемента в ионном виде, объясните, что символизируют в этой записи одинарные и двойные вертикальные линии.
Анодом будет металл с меньшим значением потенциала (цинк, ); а катодом - с бОльшим (медь, )

Схема гальванического элемента в ионном виде

(-)Zn|Zn²⁺||Cu²⁺|Cu(+)
двойные линии показывают границу раздела растворов электролитов, а одинарные - границу раздела фаз.

4. 
   Составьте ионные уравнения, происходящие на аноде и катоде. Напишите общие молекулярные и ионные уравнения реакций, протекающих при работе гальванического элемента.
   

Анод: Zn-2e^-=Zn²⁺

Катод: Cu²⁺+2e^-=Cu

Общее уравнение: CuSO₄+Zn=ZnSO₄+Cu↓

ионное: Cu²⁺+SO₄^2-+Zn=Zn²⁺+SO₄^2-+Cu↓

5. 
   Опишите, за счёт чего образуется и как направлен электрический ток в этом элементе.
   

Электрический ток направлен в противоположную сторону от направления движения электронов (т.к. они имеют отрицательный заряд), т.е. от катода к аноду. Электрический ток образуется за счёт разницы потенциалов катода и анода.

6. 
   Используя уравнение Нернста, представленного в конце видеоматериала, рассчитайте значение электродвижущей силы для каждого из следующих опытов.
   

Потенциалы электродов найдём с помощью уравнения Нернста: , где – стандартный электродный потенциал, T – температура (в Кельвинах), F - постоянная Фарадея, R - универсальная газовая постоянная, n - число моль переходящих от анода к катоду электронов на моль металла, С – концентрация ионов металла в растворе.




ЭДС элемента найдём по формуле:



Используем значение комнатной температуры для уравнения Нернста

T=25+273=298 К

Опыт 1. В стакан с 1М (моль/л) раствором CuSO₄ опустите медный электрод, в другой с 1М раствором ZnSO₄ – цинковый. Оба раствора соедините солевым мостом, а медный и цинковый электроды при помощи проводников присоедините к чувствительному вольтметру.




Опыт 2. В стакан с 0,1М раствором CuSO₄ опустите медный электрод, в другой – с 1М раствором ZnSO₄ – цинковый. Рассчитайте значение ЭДС полученного элемента.





Как изменится значение измеренной ЭДС по отношению к значению ЭДС в опыте 1 и почему?
ЭДС снизилась из-за понижения ЭДС медного электрода, что было следствием понижения концентрации ионов меди.
, ЭДС уменьшилось на 0,03В
Опыт 3. В стакан с раствором 0,05М CuSO₄ опустите медный электрод, в другой с 0,1М раствором ZnSO₄ – цинковый. Рассчитайте значение ЭДС полученного элемента.





Опыт 4. В стакан с раствором 0,5М CuSO₄ опустите медный электрод, в другой с 0,05М раствором ZnSO₄ – цинковый. Рассчитайте значение ЭДС полученного элемента.







Таблица 1.

№	Концентрация сульфата меди	Концентрация сульфата цинка	φ0Cu	φCu расчетн.	φ0Zn	φZn расчетн.	ЕТЕОР, В	ЕПРАКТ, В	δ, %
1	С = 1М	С = 1М	0,337	0.337	-0,763	0.763	1.100	1,00	9,09
2	С = 0,1М	С = 1М	0,337	0.308	-0,763	0.763	1.070	1,02	4.67
3	С=0,05М	С =0,1М	0,337	0.299	-0,763	0.793	1.092	1,03	5.68
4	С = 0,5М	С = 0,05М	0,337	0.328	-0,763	0.801	1.129	1,04	7.88

8. Определите значение δ (относительная ошибка, %), которая рассчитывается по формуле: , если измеренная реальная ЭДС в составленном гальваническом элементе равна .









9. Сделайте вывод по лабораторной работе, руководствуясь поставленной целью.
В ходе лабораторной работе была определено, что ЭДС гальванического элемента Якоби-Даниэля зависит логарифмически от концентрации растворов. Отличия экспериментальных ЭДС от теоретических составили 4.67-9,09%. При понижении концентрации ионов меди ЭДС элемента уменьшается, а при понижении концентрации ионов цинка ЭДС элемента увеличивается.