ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Определение электродных потенциалов металлов и ЭДС гальванических элементов.

1. 
   Разделы теоретического курса для повторения.
   

Возникновение скачка потенциала на границах раздела металл - вода, металл - раствор соли металла. Стандартный водородный электрод. Понятие о гальванических элементах и процессах, протекающих на электродах. Стандартные электродные потенциалы металлов. Ряд стандартных электродных потенциалов. Выводы из положения металла в ряду. Уравнение Нернста. Обратимые и необратимые электроды. Металлические электроды I и II рода, окислительно-восстановительные электроды, газовые электроды. Электроды сравнения. Химические и концентрационные гальванические элементы. Электродвижущая сила (ЭДС) гальванических элементов. Процессы, протекающие на электродах при работе гальванического элемента.

3. Вопросы и упражнения.

1. 
   Чему равен потенциал серебряного электрода, погруженного в раствор соли серебра с концентрацией См = 10^-2 моль/л?
   
2. 
   Как зависит величина потенциала водородного электрода от рН среды? Чему равен потенциал водородного электрода при:
   

а) рН = 1; б) рН = 7, в) рН = 10?

3. 
   Рассчитайте потенциал стандартного серебряного электрода по отношению к (см. табл.4 данной работы):
   

а) насыщенному каломельному электроду,

б) насыщенному медно - сульфатному электроду,

в) насыщенному хлорсеребряному электроду?

4. Определите величину ЭДС и укажите процессы, протекающие на электродах в следующих гальванических элементах:

а) Zn|ZnSО₄||CdSО₄|Сd

б) Рb|Рb(NOз)₂)||AgNО₃|Ag

5. Рассчитайте ЭДС следующего концентрационного гальванического элемента, имеющего следующую условную запись:

Zn|ZnCI₂||ZnCI₂|Zn.

^{0,01 моль/л 1,0 моль/л}

Какой из электродов в этом гальваническом элементе является анодом, а какой - катодом?

3. Экспериментальная часть

1. Определение величины стандартного электродного потенциала цинка.

Соберите цинковый электрод (Zn|ZnSO₄), погрузив хорошо зачищенный наждачной бумагой цинковый стержень в раствор соли цинка с концентрацией ионов цинка 1 моль/л.

Рис.I. Схема установки для определения величины электродного потенциала металла.

1 - исследуемый электрод (цинковый, медный и др.)

2 - хлорсеребряный электрод сравнения

3 - потенциометр.

4 - стаканчик насыщенным раствором хлорида калия

В соответствии с рис.1, соберите гальванический элемент, составленный из исследуемого цинкового электрода (Zn|ZnSO₄) и насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения (Ag|AgCl|KCl):

Условная запись этого гальванического элемента:

( - ) Zn|ZnSO₄||KCl|AgCl|Ag ( + )

Для этого носики электродов погружают в стаканчик с раствором хлорида калия, а сами электроды с помощью соединительных проводов подключают к соответствующим клеммам потенциометра.

Потенциал насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения по отношению к стандартному водородному электроду равен +0,201В.

Е_{хл.сер. нас.}= +0,201В

В соответствии с инструкцией о порядке измерений при использовании соответствующего потенциометра определите ЭДС составленного гальванического электрода

ЭДС_эксп.(-) Zn|ZnSO₄||KCl|AgCl|Ag (+).

Учитывая, что цинковый электрод более активен, чем серебряный и является в данном гальваническом элементе анодом, определите экспериментальное значение потенциала цинкового электрода по отношению к насыщенному хлорсеребряному электроду

E_эксп.() _{по хлор - серебряному насыщ.}

Зная величину потенциала насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения по отношению к стандартному водородному электроду, рассчитайте величину найденного в эксперименте потенциала цинкового электрода по отношению к стандартному водородному электроду

Eэксп.().

Для наглядного представления о величине потенциала одного электрода по отношению к другому удобно нарисовать шкалу, на которой следует отметить величины электродных потенциалов для рассматриваемых электродов, например:

Eэксп.() E⁰ Е_{хл.сер. нас}
0 0,201 Потенциал, В
E_эксп.() _{по хлор - серебряному насыщ.}

Рис.2. Шкала величин электродных потенциалов.

Сравните полученное значение с табличным значением:

E⁰ = - 0,76 B.

Все данные занесите в табл. 1.

Таблица 1

К определению величины стандартного электродного потенциала цинка.

Название	Условная запись	Значение
Экспериментальное значение ЭДС гальванического элемента из исследуемого цинкового электрода и насыщенного хлорсеребря-ного электрода сравнения.	ЭДС эксп. (-) Zn|ZnSO4||KCl|AgCl|Ag (+)
Экспериментальное значение потенциала цинкового электрода по насыщенному хлорсеребряному электроду.	Eэксп.() по хлор - серебряному насыщ..
Табличное значение потенциала насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения по отношению к стандартному водородному электроду	Ехл.сер. нас	+0,201В
Экспериментальное значение потенциала цинкового электрода по стандартному водородному электроду.	Eэксп.()
Теоретическое значение потенциала стандартного цинкового электрода по стандартному водородному электроду.	E0теор.().	- 0,76 B

Внимание! Учитывая высокую токсичность солей тяжелых металлов, все отработанные растворы не сливаются в раковину, а сдаются лаборанту для последующей утилизации.

2. Определение величины стандартного электродного потенциала меди.

Аналогично п. I, соберите стандартный медный электрод, погрузив зачищенный медный стержень в I M раствор сульфата меди.

Составьте гальванический элемент из исследуемого медного электрода и насыщенного хлорсеребяного электрода сравнения:

(-) Сu|CuSO₄||KCl|AgCl|Ag (+)

Определите экспериментальное значение ЭДС данного гальванического элемента

Э.Д.С._эксп. (Сu|CuSO₄||KCl|AgCl|Ag).

Чему равен потенциал медного электрода по насыщенному хлорсеребряному электроду?

E () _{по хлор - серебряному насыщ..}

Рассчитайте потенциал медного электрода по отношению к стандартному водородному электроду

E_эксп. ()

и сравните его с табличным значением стандартного электродного потенциала меди:

E⁰= 0,34 B

Все данные занесите в табл. 2.

Таблица 2

К определению величины стандартного электродного потенциала меди.

Название	Условная запись	Значение
Экспериментальное значение ЭДС гальванического элемента из исследуемого медного электрода и насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения.	ЭДСэксп. (-) Сu|CuSO4||KCl|AgCl|Ag (+)
Экспериментальное значение потенциала медного электрода по насыщенному хлорсеребряному электроду.	Eэксп. () по хлор - серебряному насыщ..
Табличное значение потенциала насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения по отношению к стандартному водородному электроду	Ехл.сер. насыщ.
Экспериментальное значение потенциала медного электрода по стандартному водородному электроду.	Eэксп. ()
Теоретическое значение потенциала стандартного цинкового электрода по стандартному водородному электроду.	E0теор.().

Внимание! Учитывая высокую токсичность солей меди металлов, все отработанные растворы не сливаются в раковину, а сдаются лаборанту для последующей утилизации.

3. Определение ЭДС химического гальванического элемента. (Медно – цинковый гальванический элемент).

В соответствии со схемой, представленной на рис 2, соберите установку для определения ЭДС гальванического элемента, составленного из цинкового и медного электродов при стандартных условиях.

Рис.2 Схема установки для определения ЭДС химического гальванического элемента:

1 – медный электрод, 2 – цинковый электрод

3 - электролитический ключ ( стаканчик с раствором хлорида калия),

4 - потенциометр.

В соответствии с инструкцией о порядке измерений с использованием соответствующего потенциометра, определите ЭДС данного гальванического элемента

Э.Д.С.(Сu|CuSO₄||Zn|ZnSO₄)_эксп.

Сравните полученное в эксперименте значение с расчетным (теоретическим) значением ЭДС для медно - цинкового гальванического элемента:

ЭДС (Сu|CuSO₄||Zn|ZnSO₄)_{теорет.} = E _катода –Е _анода =

= E⁰(Cu⁺²/Cu⁰) - E⁰( Zn⁺²/Zn⁰) = 0,34 – (– 0,76) = 1,1B.

Полученные данные занесите в табл3 .

Таблица 3

К определению величины электродвижущей силы

медно-цинкового гальванического

Гальванический элемент	Величина ЭДС, В
Э.Д.С.(Сu|CuSO4||Zn|ZnSO4)эксп.
ЭДС (Сu|CuSO4||Zn|ZnSO4)теорет.

Напишите уравнения и назовите процессы, протекающие на катоде и аноде данного гальванического элемента при его работе.

Таблица 4

Потенциалы электродов сравнения

по отношению и нормальному водородному электроду

Электрод сравнения	Обозначение	Потенциал, В
Стандартный водородный	Pt, H2/H2SO4	0,000
Коломельный насыщенный 1 нормальный 0,1 нормальный	Hg/Hg2Cl2/KCl	+0,241 +0,280 +0,336
Хлорсеребряный насыщенный 0,1 нормальный	Ag/AgCl/KCl	+0,201 +0,290
Медносульфатный насыщенный	Cu/CuSO4	+0,300