WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |

EH+ / H2 = 0,0591 lgaH O+ =-0,0591 pH (1.28) Для прямого измерения EH+ / H2 следовало бы использовать гальваническую цепь из двух водородных электродов – исследуемого и стандартного. Однако гораздо удобнее в качестве электрода сравнения использовать хлоридсеребряный. В этом случае гальваническая цепь, необходимая для измерения потенциала водородного электрода, имеет вид:

Ag, AgCl Cl- H3O+ H2,Pt, Ag.

Напряжениетакой цепи дается выражением:

E = EH+ /H2 - ECl- /AgCl,Cl. (1.29) С учетом (1.28) оно может быть использовано для оценки рН, если точно известно значение равновесного потенциала хлоридсеребряного электрода сравнения. Но в данной работе выражение (1.29) применяется для определения EH+ / Hи проверки обратимости электродного потенциала водородного электрода по ионам H3O+ путем измерения Е всерии стандартных растворовс известными значениями рН.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Цель задания – ознакомление с конструкцией и реализация газового водородного электрода.

Работа состоит из двух этапов:

1. Подготовкак опыту индикаторного водородного электрода.

2. Проверка обратимости потенциала водородного электрода по ионам H3O+.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Этап 1. Подготовка к опыту индикаторноговодородногоэлектрода Очищают платиновый электрод травлением (осторожно!) в хромовой смеси, подогретой до 40-500С; тщательно промывают дистиллированной водой. Желательно кратковременно прокалить электрод напламени газовой горелки, незатрагивая при этом зоны контактаплатины со стеклом. Платинируют платину втечение 10-15 мин. в растворе, содержащем 3 г платинохлористоводородной кислоты и 0,02-0,20 г ацетата свинца в 100 см3 воды.

Электролиз ведут при силе тока 0,2-0,4 А /см2 в течениеодной-двух минут, используя Pt – как катод. В качестве источникапитания при платинировании можно применить электролизер для получения водорода Платиниро.

ванную платину катодно поляризуют 5-7 мин. в 1 М серной кислотетем же током. Приготовленный электрод хранят в дистиллированной воде.

Этап 2. Проверка обратимости потенциала водородного электрода поионам H3O+ Первым из используемых растворов с известным рН ополаскивают тщательно вымытый сосудводородного электродаи смачивают шлиф крана (6). Затем сосудзаполняют этим раствором до уровня, обеспечивающего погружение примерно на2/3 платинового электрода. Уровень раствора регулируют стравливанием через шлиф. Боковую поверхность пробки (5) смачивают водой, пробку плотно вставляют в сосуд. Подключают газоподводящую трубку от электролизера и проверяют герметичность ячейки по выходу водорода через гидрозатвор (4).

Внимание! Электрод электролизера, на котором происходит выделение водорода, должен быть подсоединен к отрицательному полюсу источника питания. Категорически не допустить проявлений какого-либо искрения при работе электролизера, в этом случае его следует немедленно отключить от сети! Полностью собранный и отрегулированный водородный электрод осторожно опускают в стакан, содержащий насыщенный раствор хлорида калия. Этот раствор является солевым мостиком, необходимым для снижения диффузионного потенциала между растворами гальванической цепи.

Шлиф (6) должен быть полностью закрыт раствором. В этот же стакан погружают хлоридсеребряный электрод сравнения (х.с.э).

Контактные проводаот Pt-электродаи электрода сравнения подключают к высокообмному или стрелочному вольтметру либо к потенциометру компенсационного типа. Проследите, чтобы провод от Pt- электрода был присоединен к положительной клемме вольтметра, а от х.с.э. – к отрицательной клемме. Предварительно проверяют установку измерительного прибора “нануль” замыканием входных клемм. Установлениеравновесного потенциала водородного электрода требует значительного времени (иногда 1,5-2 часа поэтому отсчет величины Е по шкале прибора можно ), производить, когда изменениепотенциала будет неболее 0,1 мВ.

Повторяют измерения встандартных растворах с другимизначениямирН.

ОБОРУДОВАНИЕ, РЕАКТИВЫ, МАТЕИАЛЫ Электролизер для получения газообразного водорода водородный ;

электрод в сборе; вольтметр; хлоридсеребряный электрод сравнения. Набор стандартных растворовдля рН –метрии для платинирования платины;

хромовая смесь.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ Строят зависимость Е от рН. Проверяют ее линейность всоответствии с (1.28) и (1.29), а также величину наклона dE/d(pH) с теоретически ожидаемым значением 2,3RТ/F = 0,0591 В при 298 К. Экстраполяцией полученной зависимости на рН = 0 определяют величину ECl- / AgCl,Cl. Используя полученные значения, вычисляют EH+ /H2 = E + ECl- / AgCl,Ag. Строят зависимость EH+ / H2 aH O+ =1 от рН и ее экстраполяцией нарН = 0 ( ) на ходят значение E0 / H2. Убеждаются, что E0 / H2 = 0.

H+ H+ Формулируя выводы к работе, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. К какому типу электродных систем относится водородный электрод 2. Почему для реализации обратимого водородного электроданеобходима платина Зачем ее платинируют 3. В чем смысл требования о неполном погружении платины враствор Зачем его продувают водородом 4. Действительно ли потенциал, реализованный Вами газового водородного электрода, обратим по ионам H3O+ Проанализируйте причины расхождений опытных данных с теоретически ожидаемыми.

ЛИТЕРАТУРА 1. Дамаскин Б.Б. Электрохимия / Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий, Г.А. Цирлина. - М., 2001. - С. 249-250.

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. 5-66, 88-89.

.

3. Стромберг А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко.

– М., 2001. - С. 257-258; 272-273.

Работа ИОНОСЕЛЕКТИВНЫЙ СТЕКЛЯННЫЙ ЭЛЕКТРОД ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Стеклянный электрод принадлежит к группе мембранных. Идеальноселективная мембрана должна быть проницаема только для одного сорта ионовв присутствии других ионовтого же знака. Если мембранасоприкасается с раствором, содержащим лишь два мембраноактивных однозарядных катиона А+ и В+, способных проникать в мембрану, то мембранный потенциал:

2,3RT Eмембр = Е* + lg(aA+ + KA/ B aB+ ). (1.30) мембр F Здесь Е* - постоянная, индивидуальная для данной мембраны, а мембр К – коэффициент селективности мембраны. В области концентраций, А/В гдеaA+ » KA/ B aB+, уравнение (1.30) примет вид:

2,3RT Eмембр = Е* +lgaA+. (1.31) мембр F В этой области потенциал ионоселективного мембранного электрода (ИСЭ) обратим относительно ионовА+, так как линейно зависит от lgaA+ с нернстовым коэффициентом наклона.

Когда же концентрация ионов А+ достаточно мала, т.е.

<< aA+ KA/ B aB+, электрод проявляет В+ - функцию. Уравнение (1.30) принимает вид:

2,3RT Eмембр = Е* +lgaB+. (1.32) мембр F Граница области А+ - функции ИСЭ определяется коэффициентом селективности: чем больше КА/В, тем сильнее влияние иона В+ напотенциал электрода и тем меньше область концентраций А+, гдеИСЭ действует как А+ - селективный.

Применение ионоселективного стеклянного электрода основано на возможности обмена между катионами щелочного металла, входящими в структуру стекла (обычно Na+), и катионами раствора; анионы стекла и раствора такой возможности практически лишены.

Конструктивно стеклянный электрод представляет собой стеклянный шарик из особых сортов стекла. Он заполнен стандартным раствором, например, 0,1 М раствором HCl, если используется как селективный на Н3О+.

Внутрь шарикаобычно помещен хлоридсеребряный электрод (рис.1.7):

Рис.1.7. Устройство стеклянного электрода:

1 - стеклянная трубка;

5 - мембрана;

2 - внутренний электрод;

3 - внутренний раствор;

4 -внешний раствор.

При 298 К потенциал стеклянного электрода, селективного по отношению к Н3О+ - ионам, описывается выражением, являющимся частным случаем (1.30):

Eст = Е* + 0,059lg(aH O+ + KH/ Na aNa+ ), (1.33) ст где - постоянная, отнюдь не имеющая смысла стандартного электрод Е* ст ного потенциала, а учитывающая сорт стекла и ряд иных факторов.

Следует отметить, что в обычном видестекло не содержит водородных ионов Однако при выщелачивании стеклянного электрода в водных.

растворахповерхностный слой стекла набухает за счет проникновения молекул воды, часть катионов натрия вымывается и замещается ионами водородами из раствора. Между Н3О+, находящимися в поверхностном слое стекла и в растворе, устанавливается равновесие в результате которого и, возникает равновесный межфазный потенциал на границе стекло – раствор. Отличительная особенность этого поверхностного слоя – очень высокая селективность кионам Н3О+ по сравнению с Na+.

Обычно KH/ Na ~10-10 10-14, поэтому для кислых, нейтральных и даже слабощелочных сред » KH/ Na aNa+, в итоге aH + :

Eст = Е* + 0,059lgaH O+ = E* - 0,059 рН. (1.34) стст Это означает, что вобласти 0 pH 12 стеклянный электрод может быть использован как индикаторный на ионы Н3О+. В сильнощелочных, как впрочем и в сильно кислых растворах, обратимость потенциала стеклянного электрода по ионам Н3О+ отсутствует.

Преимущества стеклянного электрода достаточно весомы. Так, при измерении рН в раствор не вводят посторонних веществ потенциал стек, лянного электрода почти независит от присутствия окислителей или восстановителей и устанавливается достаточно быстро (1-2 минуты), что обеспечивает экспрессность измерений рН. Недостатком стеклянного электрода следует считать хрупкость и большое внутреннее сопротивление Последнее резко повышает требования к входному сопротивлению.

используемого вольтметра, которое должно быть не менее 1010 1011 Ом.

Для измерения рН раствора со стеклянным водородным электродом составляют цепь:

Ag, AgClKCl(нас.)исследуемый растворстеклоHCl (0,1 M) AgCl, Ag электрод сравнения стеклянный электрод Напряжениеэтой цепи:

Е = Ест – Ех.с.э. (1.35) Таким образом, измерив напряжение гальванического элемента и зная потенциал хлоридсеребряного электродасравнения, можно вычислить потенциал стеклянного электрода Ест и, используя (1.34), установить его обратимость по ионам Н3О+.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Ознакомление с конструкцией стеклянного электрода и особенностями его подготовки к потенциометрическим измерениям; проверкаобратимости потенциала стеклянного электрода по ионам Н3О+.

Работа состоит из трех этапов:

1. Подготовкастеклянного электрода к работе.

2. Приготовлениерабочих растворов.

3. Измерениенапряжения гальванического элемента.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Этап 1. Подготовка стеклянного электрода к работе Поверхность длительное время неработавшего или нового стеклянного электрода предварительно обрабатывают (в течение нескольких минут) разбавленным раствором хромовой смеси или 5%-ным раствором аммиака. Тщательно отмывают дистиллированной водой и выдерживают несколько суток в разбавленном растворе HCl (для набухания). Непосредственно передопытом стеклянный электрод промывают дистиллированной водой и ополаскивают (2-3 раза) рабочим раствором.

Внимание! Рабочая поверхность стеклянного электрода изготовлена из очень тонкого стекла! Недопустимо во время работы ставить электрод на дно колбы или стакана с раствором. Электрод должен быть закреплен в специальном штативе, из которого его вынимать нельзя! Фильтровальной бумагой (для удаления лишней воды или следов раствора) стеклянного шарика можно только касаться и ни в коем случае его не тереть! Этап 2. Приготовление рабочихрастворов Для работы следует использовать набор растворовс известным значением рН (стандартные буферные растворы) от 1,68 до 9,18. Если таковых не имеется, то можно последовательным разбавлением приготовить серию растворов соляной кислоты с концентрациями 10-1; 10-2; 10-3; 10-4;

10-5 моль/л и объемом по 100 см3. Кроме того, готовят 0,05 моль/л раствора тетраборатанатрия (Na2B4O7·10H2O).

Этот раствор имеет рН = 9,18. Методика приготовления описана в Работе 1 данного раздела.

Этап 3. Измерение напряжения гальванического элемента Собирают гальваническую цепь, изображенную на рис.1.8. В стакан наливают 10-20 мл первого рабочего раствора и несколько раз осторожно ополаскивают поверхность электродов (со сменой раствора!). Заливают в стакан 20-25 мл первого рабочего раствора, подключают вольтметр согласно полярности (см. рис.1.8) и измеряют напряжение цепи. Выливают раствор, ополаскивают стакан и поверхность электродов дистиллированной водой. Избыток воды осторожно удаляют фильтровальной бумагой.

Аналогичным образом повторяют измерениес каждым из приготовленных растворов; значениенапряжения необходимо получить неменее 3-х раз.

Внимание! Если для измерений используются стандартные буферные растворы, то после измерений раствор следует выливать обратно в ту же емкость, где он хранился.

Закончив измерения, ополаскивают электроды дистиллированной водой, стеклянный электрод помещают в 0,1 М раствор соляной кислоты и оставляют на хранение.

Рис. 1.8. Ячейкадля определения потенциала стеклянного электрода:

1 – стакан;

2 – рабочий раствор;

3 – стеклянный электрод;

4 – хлоридсеребряный электрод сравнения;

5 – штативдля электродов;

6 – насыщенный раствор ОБОРУДОВАНИЕ, РЕАКТИВЫ, МАТЕИАЛЫ Вольтметр; стакан емкостью 50100 см3; стеклянный электрод с Н+ -функцией; хлоридсеребряный электрод сравнения. Стандартные буферные растворы или 0,1 М раствор соляной кислоты и 0,05 М тетраборат натрия; мерная посуда.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ По полученным в ходе эксперимента данным рассчитывают среднее значение напряжения гальванического элемента Е при каждом значении рН раствора. Величины рН в растворахсоляной кислоты вычисляют по уравнению:

cHCl HCl рН =-lgaH O+ -lg ±.

Среднеионный коэффициент активности соляной кислоты находят из справочных данных или рассчитывают по уравнению (1.13), которое в данном случае имеет вид:.

lg ± =-0,51 cHCl HCl Зная напряжение гальванического элемента и потенциал электрода сравнения, находят потенциал стеклянного электрода по уравнению (1.35).

Полученные результаты целесообразно занести втаблицу:

рН Е Ест Строят график в координатах Ест – рН (рис.1.9), убеждаются в его линейности. Находят наклон полученной зависимости dEcт/d(pH) = Ecт/(рН), сопоставляют его величину с теоретическим значением, равным -0,059 В. Экстраполяцией назначениерН = 0 находят значение Е*. Полезно убедиться в серии аналогичных измерений с другим ст стеклянным электродом, что значения у них несколько различны.

Е* ст Е, В Рис. 1.9. Зависимость потенциала стеклянного электрода от рН Е*ст водного раствора.

0 3 6 9 рН Формулируя выводы к работе, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Какие электроды называются ионоселективными Является ли стеклянный электрод инонселективным По отношению к каким ионам 2. Как может быть реализован стеклянный электрод с Н+ - функцией 3. Является ли потенциал стеклянного электрода используемого в, данной работе обратимым по отношению кН3О+ - ионам Что указывает, наэто 4. Почему потенциальная функция стеклянного электрода нарушается всильно кислых и сильно щелочных растворах 5. Для чего стеклянный электрод следует хранить в водном солянокислом растворе 6. Какой смысл имеет величина Е* ст ЛИТЕРАТУРА 1. Дамаскин Б.Б. Электрохимия / Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий, Г.А. Цирлина. - М., 2001. – С. 220-265.

2. Физическая химия / Под ред Б.П. Никольского. – Л., 1987. –.

С. 478-516.

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

1991. – С. 107-113.

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

1981. – С. 41-50; 94-123; 124-157.

Работа ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Химической цепью называется электрохимическая система, в которой электрическая работа совершается за счет протекания химической реакции. Различают простые и сложные химические цепи. Примером последней является гальванический элемент Якоби – Даниэля:

Cu, ZnZn2+ Cu2+Cu, являющийся разновидностью цепи (1.1). Элемент Якоби – Даниэля состоит из медного и цинкового электродов, которые погружены в растворы, содержащие ионы Cu2+ и Zn2+ соответственно. Между растворами обязательно должен быть создан электролитический контакт.

Замкнем внешнюю цепь медными или иными, главное – одинаковыми проводниками через прибор для измерения напряжения с высоким (в идеале – бесконечно высоким) сопротивлением постоянному току (рис.1.10). Цинк, являющийся анодом гальванической цепи, начинает окисляться:

Zn = Zn2+ + 2e-, (1.36) тогда как ионы Cu2+ будут восстанавливаться намедном катоде:

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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.