Термодинамика гальванического элемента

ПОТЕНЦИОМЕТРИЯ

 

I. ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Гальванический элемент: устройство, принцип работы.

2. Электродвижущая сила гальванического элемента (Е) определение понятию. Расчет величины Е по значениям электродных потенциалов электродов, составляющих элемент.

3. Уравнение Нернста для расчета величины ЭДС гальванического элемента (вывод).

4. Стандартная ЭДС гальванического элемента (Е⁰), ее связь с изменением энергии Гиббса в стандартных условиях ( G⁰).

5. Расчет термодинамических характеристик химической реакции (DG, DH, DS, K_Р) по величине ЭДС гальванического элемента.

6. Применение измерений ЭДС гальванических элементов для определения различных физико-химических величин (изменение энергии Гиббса, константы равновесия, температурного коэффициента ЭДС и расчет теплового эффекта реакции, константы диссоциации слабой кислоты, коэффициента активности).

7. Обратимые и необратимые гальванические элементы.

8. Химические, концентрационные, окислительно-восстановительные гальванические элементы: схематическая запись элемента, уравнение химической реакции, протекающей при работе элемента, уравнение для расчета ЭДС.

9. Гальванические элементы с переносом и без переноса ионов.

10. Компенсационный метод измерения ЭДС гальванического элемента. Нормальный элемент Вестона.

11. Потенциометрия. Измерение рН потенциометрически. Принцип метода. Электроды определения, используемые для измерения рН.

12. Измерение рН "Иономером универсальным ЭВ - 74" с использованием стеклянного электрода.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА:

"ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ

СТЕКЛЯННОГО ЭЛЕКТРОДА".

 

рН – это отрицательный десятичный логарифм активности (концентрации) ионов водорода.

Измерение рН основано на определении потенциала электрода, потенциал которого зависит от активности (концентрации) ионов водорода или на измерении ЭДС гальванического элемента, составленного из электрода сравнения и индикаторного электрода (электрода определения), потенциал которого зависит от активности или концентрации ионов водорода.

В рН-метрии в качестве индикаторных электродов используют водородный электрод, хингидронный, стеклянный и др. электроды. В данной работе используется стеклянный электрод. Измерение рН проводят при помощи прибора "Иономера универсального ЭВ-74" (Описание прибора см. в приложении).

 

ЧТО ДЕЛАТЬ	КАК ДЕЛАТЬ
1. Собрать прибор	1. Стеклянный измерительный электрод подключают к гнезду "изм" на задней панели прибора непосредственно или с помощью переходного штекера. 2. Автоматический термокомпенсатор подключают к разъему "Термокомпенсатор". 3. Гальванический элемент с термокомпенсатором погружают в стаканчик с дистиллированной Н2О.
2. Подготовить прибор к работе	1. Перед началом работы прибор заземляют. 2. Переключатели прибора устанавливают в положение "t^0" и "1-19", после чего прибор включают в сеть и прогревают в течение 20 мин. 3. Перед погружением в раствор электроды необходимо промыть дистиллированной водой и затеем удалить остатки воды фильтровальной бумагой. 4. Ручную термокомпенсацию используют при постоянной температуре растворов, автоматическую - при изменяющейся температуре. При настройке в процессе измерения используют один и тот же вид термокомпенсации. 5. Температурная компенсация действует на всех диапазонах измерения рН. Для установки температуры раствора при ручной термокомпенсации: а) переключатель "термокомпенсатор" устанавливают в положение "ручн"; б) нажимают кнопку одного из диапазонов измерения, кроме "-1-19"; в) нажимают кнопку "t^0" и ручкой "температура раствора" устанавливают стрелку прибора на значение по шкале 0-100 в соответствии с измеренной температурой раствора.
3. Провести калибровку прибора по буферному раствору	1. Для калибровки прибора при измерении рН применяют стандартные буферные растворы. 2. Выбирают род температурной компенсации, при ручной термокомпенсации устанавливают ручку "температура раствора" в положении соответствующее температуре буферного раствора с известным значением рН (температура растворадолжна измеряться и устанавливаться с точностью до 0,5°С). 3. Погружают электроды в буферный раствор с известным значением рН. Нажимают клавишу катионы/анионы и клавишу диапазона "1-19", далее нажимают клавишу "рХ" и ручкой "калибровка" устанавливают стрелку прибора на приблизительное значение рН для грубой настройки. Затем нажимают клавишу точного диапазона рН и по верхней шкале ручкой "калибровка" устанавливают стрелку на точное значение рН буферного раствора. Нажимают клавишу "t°".
4. Измерить рН исследуемого раствора	1. После промывания дистиллированной водой и удаления фильтровальной бумагой избытка воды погружают электроды в исследуемый раствор, нажимают клавишу диапазона грубой настройки "1-19", далее клавишу "рХ" и по нижней шкале определяют положение стрелки прибора, что соответствует приблизительному значению рН исследуемого раствора. Зная приблизительное значение рН, нажимают клавишу диапазона точного измерения и определяют точное значение рН по верхней шкале прибора. 2. После измерения рН исследуемого раствора нажимают клавишу "t^0", промывают электроды дистиллированной водой. Затем проводят следующие измерения. 3. После окончания работы промытые электроды погружают в дистиллированную воду, нажимают клавишу "t^0" и прибор выключают из сети.

 

Приложение

ОПИСАНИЕ ПРИБОРА.

Прибор состоит из 2 узлов: гальванического элемента и потенциометра. В гальваническом элементе используют стеклянный электрод, опущенный в исследуемый раствор; электродом сравнения служит насыщенный хлорсеребряный электрод. Потенциометр служит для измерения ЭДС гальванического элемента.

На передней панели потенциометра имеется шкала прибора, позволяющая сделать отсчет рН раствора (рХ) или ЭДС гальванического элемента. Шкала прибора имеет две подшкалы - нижнюю, позволяющую определить приблизительное значение рН (или Е) и рассчитанную на 20 единиц, и верхнюю, разбитую на 5 единиц, с помощью которой измеряют точное значение рН (или Е).

Верхняя шкала имеет 3 ряда цифр: верхний ряд - измерение температуры раствора от 0°С до 100°С; нижний - от 0 до 5; им пользуются, если измеряют рН в интервалах от 4 до 9, от 9 до 14, от 14 до 19.

Отсчет по этому ряду цифр производят следующим образом: определяют положение стрелки и к показанию стрелки прибавляют первую цифру предела. Например, интервал от 4 до 9; стрелка прибора дает показание 1, 8, следовательно рН = 1, 8 + 4 = 5, 8.

Средним рядом цифр пользуются при измерении рН в интервале от 1 до 4.

На передней панели прибора находятся также следующие органы управления:

1. Тумблер "сеть"

2. Ручка переменных резисторов "Калибровка" (ее используют для настройки прибора по буферным растворам с известным значением рН).

3. Ручка "температура раствора".

4. 5 клавиш выбора рода работы

КЛАВИША	ДЕЙСТВИЕ
	При нажатом положении этой клавиши производят измерение активности катионов и отрицательных потенциалов (измерительного электрода гальванического элемента). При отжатом положении измеряют активность анионов и положительных потенциалов;
	При нажатом положении этой клавиши определяют активность двухзарядных ионов, при отжатом - однозарядных ионов;
mV	При нажатом положении этой клавиши измеряют ЭДС гальванического элемента (по шкале прибора отсчитывают Е);
pX (pH)	При нажатом положении этой клавиши измеряют рН или рХ;
t^0	При отжатом положении этой клавиши прибор включен в t^0режиме милливольтметра ("mV" или "рХ"); при нажатом- производят отсчет температуры (t°С) по верхней шкале в режиме автоматической настройки или настраивают прибор по температуре раствора при ручной термокомпенсации. Во всех случаях, когда измерение непосредственно не производится, клавиша "t°" должна быть нажата.

 

Пять клавиш выбора диапазона измерений

1. диапазон грубого измерения: -1-19

2. диапазоны точных измерений от -1 до 4; от 4 до 9; от 9 до 14; от 14 до 19

Корректор нуля.

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е. Е. "Физическая и коллоидная химия". М. 1990 - стр.160-200.

2. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. "Физическая химия". М. 1999 - стр. 265-275.

3. 3. Голиков Г.А. «Руководство по физической химии». М. 1988. стр. 245-248

3. Лекционный материал.

 

ЗАНЯТИЕ №6