Экспериментальная часть Опыт 1.Гальванический элемент Якоби–Даниэля

Соберите установку, изображенную на рис. 3.

1. В один химический стакан4налейте ½ его объема 1Мраствора ZnSO₄, в другой стакан5– 1Мраствор CuSO₄.

2. В раствор CuSO₄ опустите медную пластинку 1, в раствор ZnSO₄ – цинковую2.

Если металлические пластинки (электроды) в результате окисления покрылись слоями оксидов, их поверхность очистите с помощью наждачной бумаги и протрите салфеткой, смоченной раствори-телем.

3. Соедините электроды электролитическим ключом 3.

Рис. 3. Схема гальванического элемента Якоби–Даниэля:

1 – медный электрод; 2 – цинковый электрод; 3 – электролитический ключ; 4 – стакан с 1М раствором сульфата цинка; 5 – стакан с 1М раствором сульфата меди; 6 – вольтметр

4. Измерьте равновесное напряжение элемента (Е_эксп) с помощью вольтметра (милливольтметра)6.

5. Включите в цепь на 5 мин вместо вольтметра сопротивление. Затем отключите сопротивление и снова измерьте напряжение

В отчете:

1. сделайте рисунок гальванического элемента (ГЭ);

2. запишите электрохимическую схему ГЭ;

3. запишите уравнения реакций на электродах и суммарное уравнение реакции, определяющее работу ГЭ;

4. вычислите равновесное напряжение ГЭ (Е⁰) и сравните его значение с экспериментальным значениемЕ_эксп;

5. изменилось ли напряжение ГЭ после включения и отключения сопротивления? Почему?

6. рассчитайте энергию Гиббса и константу равновесия суммарной реакции, определяющей работу ГЭ

,

и сделайте вывод о направлении протекания реакции в ГЭ.

Опыт 2. Зависимость эдс гальванического элемента от активности ионов металла в растворе

В данном опыте предлагается изучить зависимость ЭДС гальванического элемента Якоби–Даниэля от активности ионов цинка в анодном пространстве при постоянной активности ионов меди в катодном пространстве. Согласно уравнению Нернста

,

зависимость должна быть линейной.

Выполнение опыта

1. В три химических стакана налейте по ½ объема 0,1М, 0,01Ми 0,001Мрастворов сульфата цинкаZnSO₄, в другой стакан налейте ½ его объема 1Мраствора сульфата медиCuSO₄.

2. Опустите в 0,001МрастворZnSO₄цинковую пластину, в 1МрастворCuSO₄– медную.

3. Соедините полуэлементы солевым мостиком (электролитическим ключом) и измерьте напряжение (ЭДС) гальванического элемента с помощью высокоомного милливольтметра.

4. Без отключения милливольтметра перенесите цинковую пластину и колено солевого мостика, находившиеся в 0,001МраствореZnSO₄, в раствор сульфата цинка с концентрацией 0,01Ми измерьте ЭДС гальванического элемента.

5. Повторите п. 4, перенеся колено солевого мостика и цинковую пластину в 0,1МрастворZnSO₄.

6. Отключите милливольтметр, выньте солевой мостик из стаканов и поместите его в раствор нитрата калия.

7. Вымойте стаканы и металлические пластины, последние протрите фильтровальной бумагой.

В отчете:

1) исходные данные, результаты измерений и расчетов занесите в табл. 10;

2) рассчитайте теоретическое значение Е_теоргальванического элемента, приняв, что активностиа ионовCu²⁺иZn²⁺равны молярной концентрации электролитов;

Таблица 10

Исходные данные				Результаты измерений	Результаты расчетов
c, моль/л		, В		Еэксп, В	Активность иона a,моль/л		Етеор , В
CuSO4	ZnSO4	Cu2+/Cu	Zn2+/Zn		Cu2+	Zn2+
1	0,001
	0,01
	0,1

3) постройте графическую зависимость ЭДС гальванического элемента от десятичного логарифма активности цинка;

4) сделайте вывод о соответствии полученной экспериментальной зависимости уравнению Нернста.