Составитель: Яргаева В. А.
Работа. Измерение эдс электрохимического элемента
И определение потенциала электрода
Цель работы: приготовить электрохимический элемент, измерить ЭДС элемента компенсационным методом, определить потенциал электрода, сравнить экспериментальные величины ЭДС и потенциала с рассчитанными по уравнению Нернста.
Метод исследования: потенциометрия.
Приборы и оборудование: потенциометр Р-304, Р-307 и др.; нормальный элемент Вестона; сухой химический элемент (батарея); гальванометр с чувствительностью 10-6А; медный, цинковый, серебряный, платиновый, хлорид–серебряный каломельный электроды.
Посуда: стаканы на 50, 100, 200 мл; пипетки на 1 – 50 мл; мерные колбы на 50 – 100 мл; стеклянные П – образные трубки.
Реактивы: водные растворы: KCl (нас); KNO3(нас) 0,5М; CuSO4; 0,5М ZnSO4; 1М AgNO3; 0,1М KMnO4; 0,001М MnSO4; 0,1М KI; 0,1м I2; 0,001М Fe(NH4)(SO4)2 и 0,1М FeSO4∙(NH4)2SO4∙6H2O или 0,001М Fe2(SO4)3 и 0,1М FeSO4 в 0,5н.∙H2SO4; 0,1М K2CrO4; 0,001М Cr2(SO4)3 или 0,001М Cr2(SO4)3∙(NH4)2SO4∙24H2O.
1. Т Е О Р Е Т И Ч Е С К О Е В В Е Д Е Н И Е
Электродом называют гетерогенную систему, состоящую из двух или трех фаз: проводника с электронной проводимостью (I рода), находящегося в контакте с раствором электролита, т. е. проводником, обладающим ионной проводимостью (II рода). В разных фазах или в одной фазе находятся окисленная О и восстановленная R формы одного и того же вещества, между которыми устанавливается равновесие.
О + zē ⇄ R.
Зависимость равновесного электродного потенциала Е от активностей компонентов реакции выражается уравнением Нернста:
,
где Е0 – стандартный равновесный электродный потенциал;
R – молярная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль·К);
Т – температура, К;
z – число электронов, принимающих участие в электродной реакции;
F – постоянная Фарадея, равная 96 485 Кл/моль;
Па0 – произведение активностей окисленной формы веществ, участвующих в реакции;
ПаR – произведение активностей восстановленной формы веществ, участвующих в реакции.
Активность вещества (иона) а связана с концентрацией следующим соотношением:
а
или а
,
где - коэффициент активности, если концентрация вещества (иона) в растворе выражена через моляльность Сm:
f – коэффициент активности, если концентрация вещества (иона) выражена через молярность С.
При Сm 0 или С 0 1; f 1 при этом а = Сm = С.
Условным электродным потенциалом или электродным потенциалом Е называют ЭДС (электродвижущую силу) гальванического элемента, составленного из изучаемого электрода и электрода, потенциал которого условно принят за нуль. В настоящее время для вычисления условных электродных потенциалов пользуются водородной шкалой, в которой за нуль выбран потенциал стандартного (нормального) водородного электрода с активностью водородных ионов в растворе, равной единице, и давлении водорода, равном 1,013 · 105 Па.
Стандартный электродный потенциал Е0 соответствует значению условного электродного потенциала при значениях активностей компонентов, равных единице, и Т = 298 К.
Значения равновесных стандартных электродных потенциалов по водородной шкале, а также электродные реакции для многих веществ, приводятся в справочниках физико-химических величин [ ].
Сооотношение RT/F часто встречается электрохимических уравнениях, имеет размерность напряжения, обозначается b0, с учетом модуля перехода к десятичным логарифмам – через b.
При 298 К значения b0 и b соответственно равны:
;
b = 2,3b0
= 0,05916 В.
В практике применяются различные типы электродов, которые могут быть классифицированы по разным признакам. В настоящее время нет единой классификации и единой терминологии для обозначения различных типов электродов и электродных реакций.
Наиболее часто используется классификация электродов, которая проводится по природе окисленной и восстановленной форм веществ, участвующих в электродном процессе. Выделяют следующие типы электродов: