Работа № 1 2 .  Изучение окислительно-восстановительных гальванических элементов

Цель работы – изучение устройства и принципа работы гальванических элементов − химических источников тока (ХИТ) с окислительно-восстановительными электродами. Знакомство с методом измерения электродных потенциалов и электрохимических характеристик ХИТ. Использование результатов электрохимических измерений для расчета термодинамических параметров реакций.

Оборудование

 

1. Высокоомный вольтметр – рН-метр (рН-340) для измерения потенциалов.

2. Хлорсеребряный электрод сравнения.

3. Штатив с измерительными бюретками.

4. Электролитический ключ (U-образная стеклянная трубочка, заполненная КС1 и агар-агаром для увеличения вязкости раствора).

5. Штатив с двумя пробирками.

6. Два угольных (инертных) электрода.

Последовательность выполнения работы

1. Получить у преподавателя вариант окислительно-восстановитель­ного гальванического элемента.

2. Включить рН-метр для прогрева на 15 мин.

3. Приготовить два полуэлемента. Полуэлемент (окислительно-восстановительный электрод) состоит из смеси растворов, содержащих ионы одного и того же элемента, но различного заряда, т.е. валентности (окисленная и восстановленная формы), в которую погружен угольный (нерастворимый) электрод. Для приготовления раство­ра первого  полуэлемента необходимо взять 4 мл окисленной и 2 мл восстановленной формы, а второго полуэлемента – 3 мл окисленной и 4 мл восстановленной формы.

4. Подключив электроды к рН-метру (описание прилагается к прибору), измерить (при комнатной температуре) разность потенциалов трех гальваничес­ких элементов, составленных из:

а) первого полуэлемента и хлорсеребряного электрода сравнения (Ag, AgС1|КС1_нас), соединив растворы электролитов электролитическим ключом;

б) второго полуэлемента и хлорсеребряного электрода.

в) первого и второго полуэлементов.

Отсчеты производить по нижней шкале прибора, поставив переключатель пределов на 1,5 В, а «род работы» – на «+mV» (или «-mV»).

5. Записать схемы исследованных гальванических элементов и уравнения протекающих в них токообразующих реакций.

На основании полученных данных

1. Рассчитать опытные значения потенциалов Е^оп 1-го и 2-го окислительно-восстановительных электродов, учитывая, что измеренная разность потенциалов  = Е_о-в-Е_х-с, (потенциал хлорсеребряного электрода при комнатной температуре равен 0,201В).

2. Рассчитать по формуле Нернста теоретические значения этих потенциалов Е^теор, используя справочные данные по стандартным потенциалам исследованных электродов и учитывая, что в формуле Нернста соотношение концентраций окисленной и восстановленной форм участников электродной реакции ввиду их одинаковой концентрации можно приравнять к соотноше­нию объемов в мл. Сравнить теоретические значения потенциалов с опытными результатами.

3. Определить ЭДС исследованного  окислительно-восстановительного гальванического элемента по вычисленным теоретическим значениям потенциалов окислительно-восстановительных электродов и сравнить ее с опытной величиной;

4. Записать суммарное уравнение реакции, происходящей в окислительно-восстановительном гальваническом элементе, подобрав стехиометрические коэффициенты методом составления электронно-ионного баланса.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Какие гальванические элементы называются окислительно-восстановительными (или редокс-системами)?

2. Рассчитайте величину потенциала окислительно-восстановительного электрода С│Сr³⁺,Сr²⁺  при следующих концентрациях ионов:

Сr³⁺ = 0,1 г-ион/л, Сr²⁺ = 0,1г-ион/л.

3. Определите катод и анод данной окислительно-восстанови­тельной цепи и рассчитать ее ЭДС по стандартным значениям потенциалов:

           Pt│Со⁺²,Со+³││Sn+²,SnО₃^2-│Pt.