Робота 4.1. Визначення ЕРС хімічних гальванічних елементів та електродних потенціалів.

Мета роботи: визначити експериментально ЕРС хімічних гальванічних елементів і потенціали їх електродів та порівняти з теоретично обчисленими величинами.

За вказівкою викладача складають гальванічний елемент. Для цього в дві пробірки наливають зазначені викладачем розчини електролітів певної моляльної концентрації, в які занурюють відповідні промиті дистильованою водою та просушені електроди. Деякі електроди перед роботою потрібно зачистити наждаковим папером. Обидві пробірки з’єднують промитим дистильованою водою та просушеним фільтрувальним папером сольовим містком (сифоном), який заповнений загущеним концентрованим розчином хлориду амонію. Електроди приєднують до високоомного вольтметра і вимірюють ЕРС досліджуваного ГЕ.

Для експериментального визначення потенціалу окремого електрода ГЕ його сполучають чистим сольовим містком з нормальним каломельним або хлорсрібним електродом і вимірюють ЕРС утвореного ланцюга. Те ж саме роблять і з іншим електродом ГЕ. Експериментальні значення електродних потенціалів розраховують за формулою (4.1).

Для теоретичного обчислення потенціалів електродів використовують рівняння Нернста (4.4). Стандартні електродні потенціали та коефіцієнти активності електролітів виписують з довідника. Теоретичне значення ЕРС досліджуваного ГЕ визначають на основі (4.1).

Стандартні потенціали електродів, які використовуються в роботі, істотно відрізняються. Тому, записуючи схеми ГЕ у звіті, порівнюють електродів для того, щоб визначити, який з них є анодом, а який – катодом.

Звіт

1. Схема досліджуваного гальванічного елементу (ГЕ 1):

а) рівняння анодного процесу:

б) рівняння катодного процесу:

в) рівняння сумарної реакції в ГЕ 1:

г) експериментальне значення ЕРС ГЕ 1: В.

2. Теоретичне і експериментальне визначення потенціалу катода ГЕ 1:

а) дані для теоретичного обчислення потенціалу катода ГЕ 1:

електроліт:

концентрація електроліту моль/кг;

концентрація іонів, які визначають потенціал електрода,
моль/кг;

середній іонний коефіцієнт активності електроліту ;

активність іонів, які визначають потенціал електрода, за (4.3)
моль/кг;

стандартний потенціал катода В;

б) розрахунок теоретичного значення рівноважного потенціалу катода за (4.4): В;

в) схема ланцюга для експериментального визначення потенціалу катода (ГЕ 2):

г) експериментальне значення ЕРС ГЕ 2: В;

д) розрахунок на основі експериментального значення потенціалу катода ГЕ 1 за (4.1): В;

е) обчислення відносної похибки визначення потенціалу катода: %.

3. Теоретичне і експериментальне визначення потенціалу анода ГЕ 1:

а) дані для теоретичного обчислення потенціалу анода ГЕ 1:

електроліт:

концентрація електроліту моль/кг;

концентрація іонів, які визначають потенціал електрода,
моль/кг;

середній іонний коефіцієнт активності електроліту ;

активність іонів, які визначають потенціал електрода, за (4.3)
моль/кг;

стандартний потенціал анода В;

б) розрахунок теоретичного значення рівноважного потенціалу анода за (4.4): В;

в) схема ланцюга для експериментального визначення потенціалу анода (ГЕ 3):

г) експериментальне значення ЕРС ГЕ 3: В;

д) розрахунок на основі експериментального значення потенціалу анода ГЕ 1 за (4.1): В;

е) обчислення відносної похибки визначення потенціалу анода: %.

4. Розрахунок теоретичного значення ЕРС ГЕ 1 з використанням визначених у пп. 2 і 3 теоретичних величин потенціалів окремих електродів: В.

5. Обчислення відносної похибки визначення ЕРС ГЕ 1: %.

6. Висновок.

Робота 4.2. Визначення ЕРС концентраційного гальванічного елементу.

Мета роботи: визначити експериментально ЕРС концентраційного гальванічного елементу і порівняти її з теоретично обчисленою величиною.

Складають гальванічний елемент з двох однакових електродів з різними концентраціями розчинів (за вказівкою викладача) і вимірюють його електрорушійну силу. За рівнянням (4.6) розраховують теоретичне значення електрорушійної сили гальванічного елементу і порівнюють з одержаним експериментально.

Звіт

1. Схема гальванічного елементу:

анодний процес:

катодний процес:

2. Концентрації електролітів: моль/кг; моль/кг;

середні іонні коефіцієнти активності електролітів:

; .

3. Обчислення активностей іонів за (4.3):

моль/кг; моль/кг.

4. Розрахунок теоретичного значення ЕРС ГЕ: В.

5. Експериментальне значення ЕРС ГЕ: В.

6. Обчислення відносної похибки вимірювання ЕРС ГЕ: %.

7. Висновок.

Робота 4.3. Визначення добутку розчинності галогеніду
арґентуму у водному розчині.

Мета роботи: визначити розчинність і добуток розчинності галогеніду арґентуму у водному розчині потенціометричним методом.

У насиченому водному розчині малорозчинного галогеніду арґентуму AgHal за певної температури встановлюється рівновага

. (4.7)

Добуток розчинності (ДР) малорозчинного електроліту – це добуток активностей іонів у насиченому розчині, на які дисоціює сполука, з показниками степенів, що дорівнюють стехіометричним коефіцієнтам в рівнянні (4.7). ДР за є сталою величиною.

Для галогеніду арґентуму добуток розчинності виражається формулою

, (4.8)

а розчинність такого бінарного електроліту дорівнює:

. (4.9)

Для експериментального визначення ДР AgHal складають концентраційний гальванічний елемент. Для цього в одну пробірку за вказівкою викладача наливають 0,1-моляльний розчин галогеніду калію, до якого піпеткою додають декілька крапель AgNO₃ до появи каламуті (активність іонів арґентуму в утвореному розчині складає і дорівнює в рівнянні (4.8)), та занурюють срібний електрод. В іншу пробірку наливають 0,1-моляльний розчин AgNO₃ з активністю іонів арґентуму і також занурюють в нього срібний електрод. Зрозуміло, що , оскільки внаслідок утворення в першій пробірці малорозчинного AgHal концентрація Ag⁺ в ній дуже мала. Розчини з’єднують сифоном і вимірюють ЕРС ГЕ, схема якого має вигляд:

.

Електрорушійна сила цього ланцюга за стандартної температури виражається рівнянням:

. (4.10)

З рівняння (4.10) на основі вимірювання ЕРС визначають , обчисливши активність іонів Ag⁺ в 0,1-моляльному розчині AgNO₃ за формулою (4.3). Так само розраховують активність галогенід-іонів у 0,1-моляльному розчині KHal.

Для визначення добутку розчинності одержані значення і підставляють у рівняння (4.8). За величиною ДР обчислюють на основі (4.9) розчинність відповідного галогеніду арґентуму у воді. Одержані результати порівнюють з даними довідника.

 

Звіт

1. Досліджуваний галогенід арґентуму:

2. Схема гальванічного елементу:

3. Експериментальне значення ЕРС елементу: В.

4. Середній іонний коефіцієнт активності 0,1-моляльного розчину AgNO₃:

5. Обчислення за рівнянням (4.3): моль/кг.

6. Розрахунок за рівнянням (4.10): моль/кг.

7. Середній іонний коефіцієнт активності 0,1-моляльного розчину KHal:

8. Розрахунок за рівнянням (4.3): моль/кг.

9. Обчислення експериментального значення ДР AgHal за (4.8): моль²/кг².

10. Довідникове значення ДР AgHal: моль²/дм⁶.

11. Розрахунок розчинності AgHal за (4.9): моль/кг.

12. Висновок.

ЛІТЕРАТУРА: [1, с. 466 – 476, 479 – 492; 2, с. 248 – 270; 3, с. 263 – 265, 276 – 297, 301; 4, с. 288 – 304; 5, с. 283 – 298; 6, с. 128 – 130, 135 – 149, 163; 7, с. 143 – 147; 8, с. 53 – 55].