Материал: 808

движутся ионы SO4 2- ,тем самым создается ионное равновесие в растворе. Гальванический элемент работает, пока не растворится весь анод или пока электродные потенциалы анода и катода не примут одинаковые значения.

Рис.1.Схема медно-цинкового гальванического элемента

По значениям стандартных электродных потенциалов или алгебраической суммы окислительно-восстановительных потенциалов частных реакций определяется ЭДС элемента:

ЭДС = 0,34 - (- 0,76) = 1,1 В.

При изменении стандартных условий расчет ведется с использованием уравнения Нернста.

Гальванический элемент, в котором электродвижущая сила (ЭДС) возникает за счет различной концентрации растворов электролитов, в которые погружены одинаковые металлические электроды, называет-

ся концентрационным гальваническим элементом. Электрод, опу-

щенный в раствор соли с меньшей концентрацией, является анодом, а

Концентрационный гальванический элемент работает до тех пор, пока не сравняются концентрации растворов.

При работе элемента его ЭДС постепенно уменьшается вследствие смещения потенциалов электродов от равновесного состояния. Это явление получило название поляризации.

41

Лабораторная работа № 3

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Опыт 1. Изготовление медно-цинкового элемента.

Одну пробирку заполните доверху 1 М раствором сульфата цинка, другую – 1 М раствором сульфата меди. Пробирки соедините электролитным мостиком, заполненным насыщенным раствором хлорида калия в смеси с агар-агаром. Опустите в раствор сульфата цинка ZnSO4 цинковую пластинку, а в раствор сульфата меди CuSO4 – медную (пластинки предварительно очистите наждачной бумагой). Пластинки соедините электрическим проводом с гальванометром. Наблюдайте отклонение стрелки гальванометра, указывающее на возникновение электрического тока.

Составьте схему гальванического элемента. Напишите уравнения химических реакций, протекающих на электродах гальванического элемента, и суммарное уравнение химической реакции, в результате которой возникает электрический ток в данном элементе.

Используя числовые значения стандартных электродных потенциалов цинка и меди, вычислите ЭДС медно-цинкового гальванического элемента.

В каком направлении перемещаются электроны во внешней цепи? Какие ионы и в каком направлении перемещаются в растворе?

Опыт 2. Изготовление концентрационного гальванического элемента.

Заполните две пробирки растворами сульфата меди разной концентрации: первую – 2 M раствором CuSО4, вторую – 0,02 M раствором CuSO4. Соедините пробирки электролитным мостиком. Опустите в каждую пробирку медные пластинки и соедините их проводками с гальванометром.

Составьте схему концентрационного гальванического элемента. Напишите уравнения химических процессов, протекающих на электродах.

Используя значение стандартного потенциала медного электрода и уравнение Нернста, вычислите электродный потенциал катода и анода, а также ЭДС концентрационного гальванического элемента.

42

Вопросы для самоконтроля

1. Какие приборы называются гальваническими?

2.Что такое двойной электрический слой?

3.Что такое электродный потенциал? Его расчет по уравнению Нернста.

4.Электрохимический ряд стандартных электродных потенциалов. Его сущность и практическое значение.

5.Какие гальванические элементы называются концентрационными? Принцип работы.

6.Вычислите потенциал свинцового электрода в насыщенном растворе бромида свинца, если концентрация иона свинца составляет 10-5 г- ион/л.

7.Насколько изменится потенциал цинкового электрода, если раствор соли цинка, в который он погружен, разбавить в 10 раз?

8.В гальваническом элементе протекает реакция

Cd + CuSO4 → CdSО4 + Cu.

Составьте схему элемента, покажите окислительно-восстанови-тель- ный процесс и вычислите ЭДС по стандартным значениям потенциалов катода и анода.

9. Какие процессы происходят на электродах гальванического, эле-

мента

Zn│Zn2+(C1 ) | Zn2+ (C2) │Zn (C1< C2) ?

Рассчитайте ЭДС такого элемента, зная, что C2 = 100 С1.

10. Вычислите ЭДС элементов:

Sn │ Sn2+(0,1 М) || Ag+(1 М) │Ag. Cu │Cu2+(0,01 М) || Ag+ (2 М)│ Ag. Cd │Cd2+( 0, 003 М) || Cu2+ (0,1 М)│Cu.

Тест для подготовки к экзамену

1.Укажите вид энергии, которая вырабатывается при работе гальванических элементов.

1)химическая;

2)электрическая;

3)тепловая;

4)световая.

2.Электродвижущая сила гальванического элемента определяется по формуле

43

1)ЭДС = а - к ;

2)ЭДС = к - а ;

3)ЭДС = к + а ;

4)ЭДС = а + к .

3.Процесс, протекающий на аноде в гальваническом элементе, –

1)восстановление;

2)окисление;

3)окисление и восстановление.

4.Процесс, протекающий на катоде в гальваническом элементе, –

1)окисление;

2)восстановление;

3)окисление и восстановление.

5.Укажите цепь гальванического элемента, которая составлена верно.

1)Pb | Pb(NO3)2 || Mg(NO3)2 | Mg;

2)Mg | Mg(NO3)2 || Pb(NO3)2 | Pb;

3)Mg(NO3)2 Mg || Pb(NO3)2 | Pb;

4)Mg | Mg(NO3)2 || Pb | Pb(NO3)2 .

6.Стандартные электродные потенциалы меди и алюминия равны соответственно + 0,34 В; - 1,66 В. Какой металл является анодом, если цепь гальванического элемента образована медным и алюминиевым электродами?

1)медь;

2)алюминий;

3)оба металла.

7.Какая цепь гальванического элемента составлена правильно?

1)ZnSO4 | Zn || Cu | CuSO4;

2)Zn | ZnSO4 || CuSO4| Cu;

3)Zn | ZnSO4 || Cu | CuSO4.

8.Какой вид энергии переходит в электрическую в гальваническом элементе?

1)световая;

2)механическая;

3)химическая;

44

4)тепловая.

9.Стандартные электродные потенциалы меди и никеля равны соответственно + 0,34 В, - 0,23 В. Какой металл является катодом, если цепь гальванического элемента образована медным и никелевым электродами?

1)никель;

2)медь;

3)никель и медь.

10.Стандартные электродные потенциалы меди, железа и магния равны соответственно + 0,34 В; - 0,44 В; - 2,37 В. Какой металл более активный?

1)медь;

2)железо;

3)магний;

4)железо и магний.

11.В какой вид энергии переходит химическая в гальваническом элементе?

1)тепловую;

2)световую;

3)электрическую;

4)механическую.

12.Какая цепь гальванического элемента составлена правильно?

1)Cu | Cu(NO3)2 || AgNO3 | Ag;

2)Cu | Cu(NO3)2 || Ag | AgNO3;

3)Cu(NO3)2 | Cu|| Ag | AgNO3.

13.Стандартные электродные потенциалы свинца и марганца равны соответственно - 0,13 В; - 1,18 В. Какой металл является анодом, если цепь гальванического элемента составлена марганцевым и свинцовым электродами?

1)марганец;

2)свинец;

3)оба металла.

45