WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |

0 1 2 3 -lg aMz+ Воспользовавшись соответствующей программой для ЭВМ, определяют аппроксимирующую прямую. Находят экспериментальное значение ее наклона и сравнивают с теоретическим. Стандартный потенциал E0 / M находят по графику, экстраполируя найденную зависимость на MZ+ lgaMZ+ =0 (то есть aMZ+ =1), сопоставляют полученную величину с табличным значением.

Формулируя выводы к работе, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Что такоеэлектрод I рода 2. Был ли Вами реализован равновесный электрод I рода Какие получены доказательства 3. Совпадает ли опытное значение E0 / M с табличным ПроанаMZ+ лизируйте возможные причины расхождения данных величин.

4. С какой целью электроды гальванической цепи были помещены в стакан с насыщенным раствором хлорида калия ЛИТЕРАТУРА 1. Стромберг А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко. - М., 2001. - С. 247-259.

2. Физическая химия / К.С. Краснов Н.К. Воробьев, И.Н. Годнев и, др.; Под редК.С. Краснова: В 2-x кн. – М., 2001. – Кн. 2. – С. 59-90.

.

3. Практикум по электрохимии / Под ред Б.Б. Дамаскина – М.,..

1991. – С. 107-113.

4. Практикум по физической химии / Под ред И.В. Кудряшова. –.

М., 1986. – С. 313-316.

5. Справочник по электрохимии / Под ред А.М. Сухотина –Л.,..

1981. – С. 41-50; 94-123; 124-157.

Работа РЕАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОДА II РОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО СТАНДАРТНОГО ПОТЕНЦИАЛА ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Электрод II рода представляет собой металл, покрытый слоем его труднорастворимой соли и погруженный в раствор, содержащий анион, образующий соль. Примером может служить серебряный электрод в растворе, содержащем анионы хлора и находящимся вравновесии с твердым хлоридом серебра, такой электрод называется хлоридсеребряным:

Cl-,AgCl/Ag. Электродная реакция, протекающая на поверхности этого электрода, следующая:

AgCl + e- Ag + Cl-, а потенциал определяется уравнением:

2,3RT ECl-,AgCl/ Ag = E0 - lgaCl-, (1.22) Cl-,AgCl/ Ag F где E0,AgCl/ Ag - стандартный потенциал хлоридсеребряного электрода.

ClДля нахождения стандартного потенциала хлоридсеребряного электроданеобходимо изменять активность ионовхлора в растворе. Учтем, что Cl- и K+ связаны с среднеионным коэффициентом активности соли соотношением: ±(KCl) = (Cl- K+ )1/ 2. Поскольку ионы калия и хлора обладают приблизительно одинаковыми коэффициентами активности, их принимают равными и считают, что. Среднеионные коэффициенты активности Cl- ±(KCl) хлоридакалия приведены в таблице; их значения для промежуточных концентраций можно найти по интерполяционной формуле, которая строится с использованием соответствующей программы для ЭВМ.

СКСl, М 0,0005 0,001 0,005 0,01 0,025 0,10 0,±(KCl) 0,975 0,964 0,925 0,899 0,850 0,755 0,ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Реализовать электрод второго рода (напримере хлоридсеребряного), установить его обратимость и определить стандартный электродный потенциал. Задача сводится к измерению напряжения гальванического элемента, составленного из исследуемого электродаи электрода сравнения (в качестве последнего используется медносульфатный), при различной концентрации аниона Cl- в растворе:

Cu | Cu2+ || Cl- | AgCl,Ag, Cu Работа состоит из двух этапов:

1. Приготовлениерабочих растворов.

2. Определениеэлектродного потенциала.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Этап 1. Приготовление рабочихрастворов Из исходного, имеющегося в лаборатории раствора хлорида калия концентрацией 1 М последовательным разбавлением готовят по 50 мл рабочего раствора с концентрацией, равной 0,1; 0,05; 0,01; 0,005; 0,002; 0,М. Методикаприготовления разбавлением растворовзаданной концентрации приведена вРаботе 1 данного раздела. Затем сосуд хлоридсеребряного электродазаполняют рабочим раствором хлоридакалия заданной концентрации. В качестве электрода сравнения используют медносульфатный электрод с известным потенциалом по шкале ст.вэ. Если такого электрода.

нет, его реализуют, используя 0,5 М раствор сульфатамеди. Процесс подготовки к работеэлектрода Cu2+/Cu и измерение его потенциала также I рода описаны вработе 1.

Этап 2. Определение электродного потенциала Потенциал исследуемого хлоридсеребряного электрода измеряют относительно медно-сульфатного электрода сравнения в ячейке (рис.1.1), которую термостатируют при 298 К. Измерения выполняют, последовательно меняя растворы хлорида калия в сосуде хлоридсеребряного электродаи переходя от меньшей концентрации к большей. Оба сосуда изу (с чаемым электродом и электродом сравнения) находятся встакане, заполненном KCl (конц.).

Подключают электроды к измерительному прибору согласно полярности (см. рис.1.1). Замеры напряжения цепи проводят до установления постоянного значения напряжения с точностью ± 0,1 мВ. Затем меняют раствор хлоридакалия всосудехлоридсеребряного электродаи измерения повторяют еще два раза, после чего переходят к следующему раствору.

ОБОРУДОВАНИЕ, РЕАКТИВЫ, МАТЕРИАЛЫ Высокоомный вольтметр; термостат; исследуемый хлоридсеребряный электрод; медносульфатный электрод сравнения; раствор хлоридакалия с концентрацией 1,0 М; насыщенный раствор хлорида калия; мерная посуда.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ По полученным в ходе эксперимента результатам рассчитывают среднее значение измеренного напряжения гальванической цепи для каждой концентрации ионов Cl- в растворе. Находят из таблицы отвечающий ± KCl( ) и данной концентрации среднеионный коэффициент активности определяют активность аниона хлора в растворе aCl- cCl- ±(KCl). Рассчитывают потенциал хлоридсеребряного электрода в каждом из исследуемых растворов зная напряжение гальванической цепи Е и потенциал, электродасравнения ECu2+ / Cu :

ECl-,AgCl / Ag = E + ECu2+ /Cu.

Вседанные заносят в таблицу:

ECl-,AgCl/ Ag,В cCl-,M aCl- lgaCl- E, В (ст.в.э.) Строят график зависимости ECl-,AgCl / Ag от lgaCl- (рис.1.3).

Е, В Рис.1.3. Потенциал хлоридсеребряного электродаII рода в зависимости от активности анионов хлора в растворе ЕоCl-,AgCl | Ag 0 1 2 3 -lg aCl- Согласно (1.22), эта зависимость должнабыть линейной с наклоном, равным 2,3RT/F, что составляет 0,059 В при 298 К. Определяют аппроксимирующую прямую (см. работу 1), находят экспериментальноезначение наклонапрямой и сравнивают его с теоретическим.

Стандартный потенциал хлоридсеребряного электрода E0,AgCl / Ag Clнаходят графически, экстраполяцией к lgaCl- = 0 (при этом активность ) и сопоставляют с табличным значением.

aCl- =Формулируя выводы к работе, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Какиеэлектроды называются электродами II рода 2. Реализован ли Вами экспериментально электрод II рода Является ли потенциал этого электрода равновесным Приведите доказательства.

3. Соответствуют ли полученные опытные значения наклона зависимости ECl-,AgCl/ Ag от lgaCl- стандартного электродного потенциала теоретическим В чем причина расхождений 4. Будет ли зависеть полученный результат от природы электрода сравнения От природы галогенид-иона ЛИТЕРАТУРА 1.. Стромберг А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко.

- М., 2001. С. 247-259.

2. Физическая химия / К.С. Краснов Н.К. Воробьев, И.Н. Годнев и, др.; Под редК.С. Краснова: В 2-x кн. – М., 2001. – Кн. 2. – С. 59-90.

.

3. Практикум по электрохимии / Под ред Б.Б. Дамаскина – М.,..

1991. – С. 107-113.

4. Практикум по физической химии / Под ред И.В. Кудряшова. –.

М., 1986. – С. 313-316.

5. Справочник по электрохимии / Под ред А.М. Сухотина –Л.,...

1981. – С. 41-50; 94-123; 124-157.

Работа РЕАЛИЗАЦИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО СТАНДАРТНОГО ПОТЕНЦИАЛА ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Хотя все электродные системы являются окислительновосстановительными, термин “окислительно-восстановительный электрод” (редокс-электрод) применяют к системам, в которых металл является электрохимичсески неактивным по отношению к реагентам (платина золото);

, все вещества, участвующие вэлектродной реакции, находятся в растворе.

Простейшими примерами такой системы являются Cu2+, Cu+ /Pt, Fe3+, Fe2+/Pt и т.д.

Потенциалопределяющая реакция в редокс-электроде имеет вид:

Ox + ze- = Red, а уравнение для равновесного потенциала записывается следующим образом:

2,3RT aOx EOx,Red = EOx,Red + lg, (1.23) zF aRed где E0 - стандартный редокс-потенциал, z – число электронов, участOx,Red вующих в окислительно-восстановительной реакции. Окислительновосстановительный потенциал характеризует окислительные свойства раствора, содержащего редокс-систему, а величина E0 определяет относиOx,Red тельную окислительную способность различных систем. В пределах одной системы окислительная способность раствора может в широких пределах меняться при изменении активностей окисленной и восстановленной форм.

С учетом (1.13) выражение (1.23) для окислительновосстановительного потенциала при 298 К записывается ввиде:

0,059 cOxRed Ox (z2 - z2 ) EOx/ Red = E0 Red + lg + const IЭ. (1.24) Ox/ z cRed z Удобнее его представить так:

0,059 cOxRed Ox (z2 - z2 ) EOx/ Red - lg = Е0 Red + const IЭ. (1.25) z cRed Ox/ z Здесь левая часть уравнения содержит величины, определяемые по экспериментальным данным и зависящиеот ионной силы раствора. Измерив потенциал электрода при постоянном отношении концентраций окисленной и восстановленной форм, равном единице, но при различной ионной силе раствора, определяют E0 графически (рис. 1.4).

Ox,Red Е Ox | Red Рис. 1.4. Потенциал окислительноЕо Ox | Red восстановительного электрода в растворахс разной ионной силой, но при сOx/cRed = 1.

0 IЭ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Реализовать редокс-электрод, убедиться вего обратимости, определить стандартный окислительно-восстановительный потенциал. Исследование сводится к измерению напряжения гальванического элемента со, ставленного из Pt - электрода (в растворахс меняющейся концентрацией сOx, равной сRed) и хлоридсеребряного электрода сравнения.

Работа состоит из двух этапов:

1. 1.Приготовлениерастворови электродов.

2. Определение потенциала окислительно-восстановительного электрода.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Этап 1. Приготовление растворов и электродов По указанию преподавателя выбирается одна из редокс-систем:

Fe3+/Fe2+; Cr3+/Cr2+ или MnO-/Mn2+. Приготавливают несколько растворов с концентрацией окисленной и восстановленной форм: 0,01; 0,005; 0,002;

0,001 и 0,0005 М. Для получения первого раствора (в случае системы Fe3+/Fe2+) необходимо смешать по 50,0 мл исходного, имеющегося влаборатории 0,02 М растворов соли Мора (NH4)2SO4·FeSO4 и хлорида железа (III). Полученный раствор объемом 100,0 мл содержит по 0,01 М ионов Fe3+ и Fe2+. Последовательным разбавлением его готовят все остальные растворы (см. Работу 1 данного раздела).

В качестве рабочего электрода используют платиновую проволоку или пластинку, которую передначалом опытанеобходимо на1-2 минуты осторожно погрузить в раствор концентрированной азотной кислоты и промыть дистиллированной водой. Электродом сравнения служит хлоридсеребряный электрод с известным потенциалом по ст.в.э.

Этап 2. Определение потенциала окислительновосстановительного электрода Используют ячейку, изображенную на рис.1.5. В один из стаканов объемом по 100,0 мл наливают 25-30 мл приготовленного рабочего раствора и погружают в него платиновый электрод. В другой – 30,0 мл насыщенного раствора KCl, кудапомещают хлоридсеребряный электрод сравнения. Подключают электроды к клеммам измерительного прибора согласно полярности (см. рис.1.5). Цепь замыкают солевым мостиком, заполненным раствора нитрата калия или аммония. Необходимо следить, чтобы при погружении солевого мостикавраствор вместе контактанеостался пузырек воздуха. Замеры разности потенциалов проводят до установления постоянного значения напряжения с точностью ± 0,1 мВ. Каждое значение напряжения необходимо получить не менее трехраз, обновляя раствор встаканес Pt – электродом. После этого переходят к следующей концентрации рабочего раствора.

Рис.1.5. Ячейка для измерения потенциала редокс-электрода.:

1 – стаканы;

2 – платиновый электрод;

3 – рабочий раствор;

4 – хлоридсеребряный электрод;

5 - насыщенный раствор KCl;

6 – солевой мостик.

Пунктир – уровень растворов.

ОБОРУДОВАНИЕ, РЕАКТИВЫ, МАТЕРИАЛЫ Высокоомный вольтметр; платиновый и хлоридсеребряный электроды; растворы соли Мора и хлоридажелеза (III) c концентрацией 0,02 М;

насыщенный раствор KCl; солевой мостик; необходимая мерная посуда.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ По полученным в ходе эксперимента данным рассчитывают среднее значениенапряжения Е гальванической цепи:

Ag, AgClCl-Ox, RedPt, Ag при каждом значении концентрации сOx = cRed рабочего раствора. Зная концентрацию и состав, вычисляют ионную силу раствора IЭ, а затем и IЭ. Находят потенциал редокс-электрода по отношению к нормальному водородному электроду, зная потенциал электрода сравнения и величину напряжения цепи:

EOx,Red = E + ECl- / AgCl,Ag (1.26) Вседанные заносят в таблицу:

1/ Е, В EOx,Red,В IЭ, М моль cFe2+ = cFe3+,M IЭ, (ст. в. э.) л Строят график зависимости EOx,Red от IЭ, изображенной на рис.

1.4, убеждаются в его линейности; находят стандартный потенциал E0. Сопоставляют полученное значение E0 с табличным. НахоOx,Red Ox,Red дят опытноезначениенаклоназависимости EOx,Red IЭ от, сопоставляют его с расчетной величиной.

Формулируя выводы к работе, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Что называется редокс-электродом и редокс-потенциалом Что влияет навеличину редокс-потенциала 2. Позволяют ли полученные данные судить об обратимости изученной Ox,Red – системы Как нужно было бы провести соответствующиеопыты 3. Соответствует ли экспериментально полученное значение теоретическому В чем причины расхождения EOx,Red 4. Что представляет собой const в уравнении (1.24) или (1.25) ЛИТЕРАТУРА 1. Стромберг А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко. - М., 2001. - С. 247-259.

2. Физическая химия / К.С. Краснов Н.К. Воробьев, И.Н. Годнев и, др.; Под редК.С. Краснова: В 2-x кн. – М., 2001. – Кн. 2. – С. 59-90.

.

3. Практикум по электрохимии / Под. Ред Б.Б. Дамаскина – М.,..

1991. – С. 107-113.

4. Практикум по физической химии / Под ред И.В. Кудряшова. –.

М., 1986. – С. 313-316.

5. Справочник по электрохимии / Под ред. А.М. Сухотина –Л.,.

1981. – С. 41-50; 94-123; 124-157.

Работа ГАЗОВЫЙ ВОДОРОДНЫЙ ЭЛЕКТРОД ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Конструкция водородного электродаизображена нарис.1.6. В стеклянную трубку (1) впаяна Pt (2). По трубке (3) через раствор продувается газообразный водород, который из ячейки выходит по трубке (4) через гидрозатвор (5). Пробка (6) герметично закрывает ячейку. Платина покрыта платиновой чернью, обеспечивающей высокую удельную поверхность границы раздела электрода с раствором, накоторой устанавливается равновесие между различными формами водорода – атомной, aд-атомной и молекулярной. Суммарная электродная реакция такова:

H3O+ + e- =1/2H2 + H2O (1.26) Рис.1.6. Схема водородного электрода Платину необходимо платинировать передкаждым опытом, ни в коем случае неприкасаться к ее поверхности. Водород получают электролизом раствора NaOH (2-3 М) с помощью электролизера с никелевыми электродами, подвергают тщательной очисткеот следовкислорода, последовательно пропуская через склянки с щелочным раствором пирогаллола, концентрированной серной кислотой и дистиллированной водой. Затем водородом втечение 1,5-2 часовпродувают раствор электролитавячейке, уда ляя растворенный кислород, который взаимодействует с адсорбированным наплатиневодородом. Другиеокислители, присутствующиев среде, также способны привести к окислению адсорбированного водорода, нарушая при этом равновесиереакции (1.26). Поэтому водородный электрод неприменим в средах содержащих окислители. Равновесный потенциал водород, ного электрода:

aH O+ 2,3RT EH O+ / H2 = E0 / H2 + lg(), (1.27) H3O+ F p1/2 aH2O H где - парциальное давление газообразного водорода причем pH2,, а pH2 = P - pH2O. Здесь Р – барометрическоедавление pH2O - давление насыщенных паров воды надраствором. При Р » pH2O величина 1 атм., pHaH2O =1, а E0 / H2 =0 при любой температуре по определению. Поэтому H+ при 298 К уравнение (1.27) примет вид:

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.