Потенциалы Cu, Pb, Zn, Fe, Ni. Изучение изменения величины электродного потенциала цинка в зависимости от концентрации раствора или соли цинка

Цель работы.

Определить электродные потенциалы Cu, Pb, Zn, Fe, Ni. Изучить изменение величины электродного потенциала цинка в зависимости от концентрации раствора или соли цинка.

Теоретический материал.

Электродный потенциал данного электрода – это ЭДС гальванического элемента, составленного из этого электрода и стандартного водородного электрода.

Стандартный водородный электрод – это электрод сравнения, его потенциал условно принимают равным нулю (0,202 В)

Уравнение Нернста:

ΔE=E-E⁰=(RּT)/(nּF) ּln(C_Меⁿ⁺), где

Е – электродный потенциал данного металла (В)

E⁰ – электродный потенциал данного электрода (В)

R – универсальная газовая постоянная, R = 8.31 (Дж/мольּК)

Т – абсолютная температура (К)

n – заряд иона

F – число Фарадея, F = 96485(Кл/моль) ≈ 96.5(кКл/моль)

C_Меⁿ⁺ - молярная концентрация ионов

Порядок выполнения работы.

1. Получили набор электродов, зачистили их поверхность.
2. Подсоединили один из исследуемых электродов к датчику ДЛ-2, т.е. составили гальваническую цепь из металлического измеряемого электрода и хлорсеребряного электрода сравнения.
3. Погрузили электроды в стаканчик с 25 мл. раствора соответствующего электролита (цинковый электрод последовательно погружается в 0,1М, 0,5М, 1,0М, и 1,5М растворы Zn(NO₃)₂, остальные электроды в 1М растворы соответствующих солей)
4. С помощью минивольтметра и датчика ДЛ-2 провели отсчёт показаний стрелки прибора, определили измеряемую величину ΔЕ (мВ), провели смену измеряемого металлического электрода в датчике, промыли электрод дистиллированной водой, погрузили в раствор соответствующего электролита, измерили ΔЕ новой гальванической цепи. Таким образом сняли все остальные необходимые показания для исследуемых электродов.

Обработка результатов.

ΔЕ (мВ) = {низшее значение установленного диапазона + показание, отсчитанное по верхней шкале прибора}*100%

Е_xc = 0,202 В

E_Cu/Cu⁺² = ΔЕ + Е_xc;   E_Cu/Cu⁺² = 0,367

E_Zn/Zn⁺² = Е_xc - |ΔЕ|;   E_Zn/Zn⁺² = -0,573

E_Fe/Fe⁺² = Е_xc - |ΔЕ|;    E_Fe/Fe⁺² = -0,463

E_Pb/Pb⁺² = Е_xc - |ΔЕ|;   E_Pb/Pb⁺² = -0,149

Таблица результатов 1.

Исследуемый электрод	Схема гальванического элемента	Измеренное значение ЭДС, В	CМe/Mеn+ рассч., В	Е0 табл., В	ΔGp0, кДж/моль
Cu	Ag/Ag+//Cu2+/Cu	0.165	0.367	0.337	31.85
Zn	Ag/Ag+//Zn2+/Zn	-0.775	-0.573	-0.763	149.58
Fe	Ag/Ag+//Fe2+/Fe	-0.665	-0.463	-0.440	128.35
Pb	Ag/Ag+//Pb2+/Pb	-0.351	-0.149	-0.126	67.74

ΔG_p⁰ = -nFΔE

Cu:      ΔG_p⁰ = -2 ּ 96.5(кКл/моль) ּ 0,165(В) = 31,85 (кДж/моль)

Zn:      ΔG_p⁰ = +2 ּ 96.5(кКл/моль) ּ 0,775(В) = 149,58 (кДж/моль)

Fe:       ΔG_p⁰ = +2 ּ 96.5(кКл/моль) ּ 0,665(В) = 128,35 (кДж/моль)

Pb:      ΔG_p⁰ = +2 ּ 96.5(кКл/моль) ּ 0,351(В) = 67,74 (кДж/моль)

Таблица 2.

Исследуемый электрод	Схема гальванического элемента	Концентрация электролита	Измеренное значение ЭДС, В	Величина электродного потенциала, В		Ошибка, %
				эксперим.	рассчётн.
Zn	Ag/Ag+//Zn2+/Zn	0.1М	-0,795	-0,593	-0,793	25,2
		0.5М	-0,789	-0,587	-0,772	23,9
		1.0М	-0,775	-0,573	-0,763	24,9
		1.5М	-0,747	-0,545	-0,768	29

Е = Е⁰ + RT/nFּln(CМеⁿ⁺), где CМеⁿ⁺ - молярная концентрация  ионов

δ, % = (|Е_р|-|E_э|)/|E_p|ּ100%

С = 0,1 (моль/л)

Е_р =  -0.763 + 2,48/193 ln 0,1 = -0,793 (В)

Е_э = 0,202 – 0,795 = -0,593 (В)

δ = (|-0,793|-|0,593|)/|-0,793|ּ100% = 25,22%

С = 0,5 (моль/л)

Е_р =  -0.763 + 2,48/193 ln 0,5 = -0,772 (В)

Е_э = 0,202 – 0,789 = -0,587 (В)

δ = (|-0,772|-|0,587|)/|-0,772|ּ100% = 23,9%

С = 1 (моль/л)

Е_р =  -0.763 + 2,48/193 ln 1 = -0,763 (В)

Е_э = 0,202 – 0,775 = -0,573 (В)

δ = (|-0,763|-|0,573|)/|-0,763|ּ100% = 24,9%

С = 1,5 (моль/л)

Е_р =  -0.763 + 2,48/193 ln 1,5 = -0,768 (В)

Е_э = 0,202 – 0,747 = -0,545 (В)

δ = (|-0,768|-|0,545|)/|-0,768|ּ100% = 29,04%

На основании данных Таблицы 1 составили ряд  напряжений в порядке возрастания электродных потенциалов:

                                               Zn, Fe, Pb, Cu

Вывод.

Определили электродные потенциалы Cu, Pb, Zn, Fe и изучили изменение их величины (для Zn) в зависимости от концентрации раствора соли цинка.

Как результат получили значения потенциалов, представленные в таблицах 1 и 2.

По результатам измерений составили ряд напряжений (в порядке возрастания электродных потенциалов)

Данный метод пригоден для определения электродных потенциалов металлов, а высокое значение погрешности связано с неточностью измерения ЭДС.